无机纳米材料表面及界面理论研究论文

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1、无机纳米材料表面及界面的理论研究中文摘要中文摘要材料的表面和界面对材料和器件的服役性能有着极其重要的影响。这种影响对于纳米材料而言显得尤为突出，因为纳米材料有着丰富的表面和界面。材料的表面和界面影响着材料和器件整体的诸如化学反应活性、光学、电学、磁学和力学方面的性质。本文采用第一性原理中的密度泛函理论研究了纳米材料表面和界面对其性能的影响，这对于提高纳米材料的性能有着重要意义。一、氢钝化TiO2纳米晶对其光学性能的影响。我们采用DFT+U的方法讨论了只用氢钝化表面氧原子及钝化表面所有原子时的氢原子吸附能，发现氢原子优先吸附在氧原子上，这与XPS能谱结果

2、相符。态密度（DOS）图谱显示在导带底以下约1eV处出现了相应的电子态。这解释了实验上观察到的氢处理过的TiO2纳米晶光学吸收边红移至近红外区的现象。我们的结果对于通过氢化来提高TiO2的光催化活性具有重要意义。二、Graphene/Si的接触界面。我们研究了Graphene在Si（111）表面上的结合情况，发现Graphene可以与Si表面的悬键产生相互作用生成化学键。当Si表面用氢钝化后与Graphene的结合能力将大大降低。此外，我们计算了这类复合材料的电子态密度和电荷分布，发现Si表面的悬键对Graphene的电子结构产生了巨大的影响,而钝化的

3、Si基底则可能会打开Graphene的带隙，这对于Graphene在微电子学中的应用具有重要意义。关键字：表面和界面，光学性质，电子结构，密度泛函理论作者：赵雁飞指导老师：李有勇I无机纳米材料表面及界面的理论研究中文摘要TheoreticalinvestigationsofthesurfaceandinterfaceofinorganicnanomaterialsAbstractSurfaceandinterfaceofmaterialshaveasignificantimpactontheserviceperformanceofmaterialsan

4、ddevices.Thisisparticularlycrucialtonanomaterialsduetotheirabundantsurfacesandinterfaces,whichaffectthepropertiesofmaterialsanddevicesasawholesuchaschemicalreactivity,optical,electrical,magneticandmechanicalproperties.Inthiswork,weemploydensityfunctionaltheory(DFT)toinvestigatet

5、heinfluenceofthesurfaceandinterfaceofnanomaterialsontheirproperties,whichisofsignificancetotheenhancementofthepropertiesofnanomaterials.Firstly,thedependenceofopticalpropertyofTiO2nanocrystalsonthehydrogenpassivationofitssurfaceshasbeenstudiedusingDFT+Umethod.Wehavediscussedtheh

6、ydrogenadsorptionenergywhenonlyoxygenonsurfaceispassivatedaswellasallthesurfaceatomsarepassivatedbyhydrogen.Itisrevealedthathydrogenadsorptiononoxygenismorepreferable,inagreementwiththeresultofXPS.Densityofstates(DOS)indicatethatcorrespondingmid-gapstatesareintroducedaround1eVbe

7、lowthebottomoftheconductionband.Thiscanbesignificantlyresponsiblefortheexperimentallyobservedopticalabsorptionedgethatred-shiftstothenear-infraredregionafterthetreatmentofTiO2nanocrystalsbyhydrogen.OurresultswillbenefitthephotocatalyticactivityofTiO2byhydrogenation.Secondly,theg

8、raphene/Si(111)contactinterfacehasbeeninvestiga