分子解离吸附对硅烯能带的调控研究

Recently, silicene has attracted great interests in both academic and industrial areas. Silicene has very high carrier mobility and good compatibility with the silicon-based technology, however, the key problem for the application of silicene is that the band gap is too small. The current switching ratio for electronic device is directly proportional to the band gap. Therefore, opening a band gap is necessary when silicene is used in electronic devices. It is very challenging to make silicene with high current switching ratio and high carrier mobility. Hydrogen bonds give the special structure of water clusters, and it is easy to control the adsorption of water molecules on the surface experimentally. The effects of dissociative adsorption of water molecules on the band structure of silicene will be studied based on density functional theory in this project; the corresponding microscopic mechanism to affect the dissociation of water molecule by hydrogen bonding, defects and external field will be further revealed, and the general rules for the change of band gap of silicene will be clarified. This study will provide a useful theoretical foundation for the applications of silicene in electronic devices.

近年来，硅烯在学术界和工业界得到了很大的关注。硅烯具有极高的载流子迁移率和良好的硅基技术兼容性，其应用于电子器件方面的关键问题是能隙太小。电子设备的电流开关比与能隙成正比例关系。因此，硅烯应用于电子器件时应打开一定的能隙。使硅烯兼具大的电流开关比和高的载流子迁移率很具有挑战性。氢键赋予水分子团簇特殊的结构，而且实验上易于控制水分子在物质表面的吸附。本项目拟通过密度泛函理论研究水分子解离吸附对硅烯能带的调控作用；进一步探讨氢键、缺陷和外场影响水分子解离吸附的微观机理，阐明硅烯能隙变化的一般规律，为硅烯在电子器件领域的应用提供有益的理论基础。

近年来，类石墨烯二维材料在学术界和工业界得到了很大的关注。硅烯具有极高的载流子迁移率和良好的硅基技术兼容性，其应用于电子器件方面的关键问题是能隙太小。电子设备的电流开关比与能隙成正比例关系。因此，硅烯应用于电子器件时应打开一定的能隙。本项目拟通过裁剪纳米带及分子解离吸附的方法，对硅烯能带进行调控，为硅烯在电子器件领域的应用提供有益的理论基础。另外，一氧化碳催化氧化在清洁空气以及氢气气氛净化等方面有着重要的应用。金、铂等贵族金属常用作CO氧化催化剂，然而，贵族金属价格昂贵，储量有限。依托与本项目，进一步开发了低廉高效的CO氧化催化剂。.在本项目中，首先利用密度泛函理论计算方法，系统的研究了硅烯/硅烷平面异质纳米带的结构稳定性及电磁性能，通过计算硅烯/硅烷界面处氢原子的迁移能垒来确定了纳米带的热稳定性，揭示了能隙随纳米带宽度变化的尺寸效应，阐明了元素掺杂对杂化纳米带能隙和磁矩的调控机理。其次，我们通过密度泛函理论计算方法研究了不同应力场下水分子在硅烯上的解离吸附情况，阐明了拉应力可以极大的降低水分子在硅烯上的解离吸附能垒的现象，揭示了水分子解离能垒降低的微观机理，提出了通过水分子解离吸附为硅烯打开较大能隙并保持较高的载流子迁移速率的方法。再次，我们采用密度泛函理论计算方法研究了CO分子在金属掺杂石墨烯上的催化氧化过程，筛选出可以高效催化氧化CO分子的Mn掺杂石墨烯和Ni掺杂石墨烯催化剂，从电子结构层次揭示了高效催化的微观机理。