本書主要介紹作者近些年來針對一些低維半導(dǎo)體材料光解水制氫性能的理論模擬研究成果和前沿概述。作者主要利用第一性原理中的密度泛函理論, 系統(tǒng)地研究了該類材料的激子束縛能、帶隙、帶邊電位、光學(xué)吸收譜、載流子遷移率等與光解水直接相關(guān)的性質(zhì), 并通過施加應(yīng)力、金屬原子修飾、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等方式對其電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控, 以改善其光催化性能。
目 錄
第一章 緒 論 1
1．1 半導(dǎo)體光催化分解水制氫 1
1．2 二維半導(dǎo)體材料光催化劑 2
1．2．1 二維半導(dǎo)體材料光催化劑現(xiàn)狀 2
1．2．2 調(diào)控光催化性能的途徑 4
1．3 模擬計算在光解水催化劑設(shè)計中的應(yīng)用 7
參考文獻(xiàn) 8
第二章 材料的第一性原理物性計算 13
2．1 密度泛函理論基本原理 13
2．1．1 密度泛函理論 13
2．1．2 交換相關(guān)能量泛函 15
2．1．3 VASP軟件簡介 16
2．2 物性計算 17
2．2．1 激子結(jié)合能和電偶極矩 17
2．2．2 帶邊電位 17
2．2．3 載流子遷移率 18
2．2．4 空位形成能 18
2．2．5 摻雜形成能 19
2．2．6 異質(zhì)結(jié)形成能和成鍵能 19
2．2．7 太陽能轉(zhuǎn)化成氫能效率 19
2．2．8 自由能差 20
參考文獻(xiàn) 22
第三章 金原子吸附的氧化石墨烯光催化性能的理論研究 25
概述 25
3．1 研究背景 25
3．2 研究方法 27
3．3 研究結(jié)果與討論 27
3．4 結(jié)論 35
參考文獻(xiàn) 35
第四章 硫化鎘納米管光催化性能的理論研究 41
概述 41
4．1 研究背景 41
4．2 研究方法 42
4．3 研究結(jié)果與討論 43
4．3．1 六角形平面CdS單層 43
4．3．2 CdS納米管 45
4．3．3 CdS納米管平面異質(zhì)結(jié) 52
4．4 結(jié)論 55
參考文獻(xiàn) 55
第五章 一維藍(lán)磷納米管光催化性能的理論研究 60
概述 60
5．1 研究背景 60
5．2 研究方法 62
5．3 研究結(jié)果與討論 63
5．3．1 二維六角BP單層 63
5．3．2 藍(lán)磷納米管 66
5．4 結(jié)論 75
參考文獻(xiàn) 76
第六章 二維異質(zhì)結(jié)GeS/WS2作為“Z”型光催化材料的理論研究 82
概述 82
6．1 研究背景 82
6．2 研究方法 85
6．3 研究結(jié)果與討論 86
6．3．1 GeS/WX2(X=O，S，Se，Te)vdW異質(zhì)結(jié)的
電子結(jié)構(gòu) 86
6．3．2 孤立的GeS和WS2單層的結(jié)構(gòu)和電子特性 87
6．3．3 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)和電子特性 89
6．3．4 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的光催化分解水活性 92
6．3．5 GeS/WS2異質(zhì)結(jié)的催化穩(wěn)定性 95
6．4 結(jié)論 97
參考文獻(xiàn) 97
第七章 gC3N4/MoS2分解水光催化劑中用于界面電荷轉(zhuǎn)移的
金屬高速通道 107
概述 107
7．1 研究背景 107
7．2 研究方法 109
7．3 研究結(jié)果與討論 110
7．3．1 孤立的MoS2和gC3N4單層 110
7．3．2 gC3N4/MoS2范德華異質(zhì)結(jié) 112
7．3．3 由合適的金屬構(gòu)建的界面高速電荷傳輸通道 116
7．4 結(jié)論 122
參考文獻(xiàn) 122
第八章 Janus WSSe單層：一種優(yōu)良的全解水光催化劑 128
概述 128
8．1 研究背景 128
8．2 計算方法 129
8．3 研究結(jié)果與討論 130
8．3．1 WSSe單層的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu) 130
8．3．2 Janus WSSe單層的光催化性能 132
8．3．3 水分解的表面氧化還原反應(yīng) 136
8．4 結(jié)論 144
參考文獻(xiàn) 144
第九章 單組分Janus過渡金屬二硫族化物基光催化分解水催化劑 150
概述 150
9．1 緒論 150
9．2 Janus TMDCs的實驗性合成 152
9．3 水分子的吸附 153
9．4 太陽光的利用 155
9．5 電荷分離和傳輸 158
9．6 表面化學(xué)催化反應(yīng) 160
9．7 結(jié)論和展望 161
參考文獻(xiàn) 162
第十章 二維Janus vdW異質(zhì)結(jié)材料光解水催化劑 168
概述 168
10．1 緒論 168
10．2 Janus異質(zhì)結(jié)材料的合成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 170
10．3 Janus異質(zhì)結(jié)材料的基本屬性 171
10．3．1 電子結(jié)構(gòu) 171
10．3．2 光學(xué)特性 174
10．4 Janus異質(zhì)結(jié)材料在光催化全解水領(lǐng)域的應(yīng)用 176
10．5 結(jié)論和展望 177
參考文獻(xiàn) 180
第十一章 二維鐵電材料AgBiP2Se6單層光解水催化性質(zhì)的探索 192
概述 192
11．1 研究背景 192
11．2 計算方法 194
11．3 研究結(jié)果與討論 194
11．3．1 幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光吸收 194
11．3．2 能帶排列 199
11．3．3 能量轉(zhuǎn)換效率 201
11．3．4 水分子吸附 202
11．3．5 氧化還原機理 204
11．4 結(jié)論 208
參考文獻(xiàn) 209
附錄 符號表 216
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