貴金屬單原子和納米團(tuán)簇在單層WTe2表面上動(dòng)力學(xué)特性的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，以一種層狀過(guò)渡金屬硫族化合物（TMDs）WTe2為研究對(duì)象，對(duì)其電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行了理論計(jì)算。然后，對(duì)WTe2進(jìn)行n型和p型摻雜，計(jì)算研究摻雜后其電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化。接著，我們研究了單個(gè)貴金屬Pt原子在WTe2單層表面上的吸附和擴(kuò)散現(xiàn)象，以及n型和p型摻雜對(duì)擴(kuò)散勢(shì)壘的影響。另外，我們研究了貴金屬Au原子在WTe2單層表面上的吸附和生長(zhǎng)規(guī)律及吸附氧分子之后的變化問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：

2、　　（1）盡管WTe2已被研究數(shù)十年，但是它的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)近期才被準(zhǔn)確地解釋和描述。WTe2有三種類(lèi)型，我們這里研究的是具有最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的一種，即Td-WTe2。Td-WTe2是由三層共價(jià)鍵結(jié)合的Te-W-Te原子層沿著c軸方向通過(guò)范德瓦爾斯力作用堆垛而成，其電子結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的各向異性。因此，基于密度泛函理論的第一性原理方法，在這里我們研究了單個(gè)貴金屬Pt原子在純WTe2單層及n型和p型摻雜的WTe2單層表面上的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，擴(kuò)散

3、包括三類(lèi)，即無(wú)摻雜擴(kuò)散、Ta（p型）摻雜后的擴(kuò)散及Re（n型）摻雜后的擴(kuò)散。通過(guò)采用CI-NEB方法計(jì)算最小能擴(kuò)散路徑，我們發(fā)現(xiàn)單個(gè)Pt原子在單層WTe2表面上的擴(kuò)散具有很強(qiáng)的各向異性。Pt原子在沿W-W鋸齒鏈方向上的擴(kuò)散勢(shì)壘最低，因此Pt原子更傾向于沿此方向擴(kuò)散，其中在無(wú)摻雜時(shí)此方向的擴(kuò)散勢(shì)壘為0.551eV，摻雜Ta后擴(kuò)散勢(shì)壘為0.463eV，摻雜Re后擴(kuò)散勢(shì)壘為0.508eV。我們的研究結(jié)果表明，n型和p型摻雜都會(huì)對(duì)Pt原子在WT

4、e2襯底上最佳擴(kuò)散路徑即沿W-W鋸齒鏈方向的擴(kuò)散勢(shì)壘產(chǎn)生影響。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)制造和調(diào)控過(guò)渡金屬納米材料在納米催化劑、納米傳感器及相關(guān)領(lǐng)域中達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果具有很大的價(jià)值和指導(dǎo)意義。
　?。?）針對(duì)Td-WTe2電子結(jié)構(gòu)很強(qiáng)的各向異性，我們還研究了貴金屬Au原子在其單層表面上的吸附與生長(zhǎng)規(guī)律，并研究了在生長(zhǎng)Au原子鏈后的WTe2單層表面吸附氧分子后的變化。通過(guò)計(jì)算模擬，我們找到了單個(gè)Au原子在WTe2單層表面的最穩(wěn)定吸附位置是沿著較低

5、的Te原子鏈方向。接著，我們開(kāi)始在WTe2單層表面吸附生長(zhǎng)Au原子。通過(guò)在各種位置吸附生長(zhǎng)的嘗試，我們發(fā)現(xiàn)Au原子在WTe2表面的生長(zhǎng)總是沿著較低的Te原子鏈方向，并且總是長(zhǎng)成很新奇的雙層Au原子鏈結(jié)構(gòu)。通過(guò)計(jì)算比較Au原子分散吸附和以鏈狀形式吸附在WTe2表面，我們發(fā)現(xiàn)Au原子長(zhǎng)成鏈狀吸附在WTe2表面時(shí)的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。然后，我們分別在Au原子分散吸附和以鏈狀形式吸附的WTe2表面吸附氧分子，并比較兩種結(jié)構(gòu)吸附氧分子后的變化，計(jì)算結(jié)果表