《矽基和TiC基納米體系結構和性能預測》是依託河北師範大學，由王靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽基和TiC基納米體系結構和性能預測
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王靜
- 依託單位：河北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，對二維原子晶體的研究迅速從石墨烯向其它材料擴展，許多新奇的結構被提議，研究結果展示出它們在單電子器件、超導、儲氫等領域潛在的套用。本項目採用第一性原理計算和非平衡格林函式方法，研究二維矽烯、矽納米管和TiC基納米材料的穩定性、電子結構、輸運特性以及儲氫、催化性能，力圖尋找新型功能材料。項目主要完成以下內容：（1）研究金屬原子修飾二維矽烯、矽納米管結構特性、儲氫和催化特性，探索金屬元素誘導的矽sp2 雜化的物理機制，探討它們在儲氫性能上可資利用的價值；（2）探尋TiC納米糰簇結構演化規律，在電子結構的層次上挖掘TiC納米糰簇趨於穩定的物理機理；設計構建可能存在的各種手性、各種結構單元的TiC納米管/帶，分析邊界效應、連線埠效應對其結構的影響；探索可能的自旋極化輸運材料。
結題摘要
二維材料的研究日新月異，從開始的石墨烯到後來的氮化硼、矽烯、硫化鉬、黑鱗等等，二維體系豐富多樣，結構新穎，並且表現出許多奇特的物理化學性質，在未來的電子、信息、能源等領域具有巨大的套用潛力。當前，二維材料及其納米結構的相關研究已成為材料科學和凝聚態物理領域最活躍的前沿。本課題組對課題項目進行了認真的研究，主要研究內容及意義如下：（1）採用基於密度泛函理論的第一性原理計算, 對金屬原子修飾矽二維結構，主要是矽烯和矽烷的結構穩定性、電子結構以及小分子吸附特性進行了研究，研究發現金屬原子修飾的矽烷有望成為一種理想的儲氫材料。（2）構建並得到穩定的過渡金屬-碳二維結構，主要研究了TiC2、TiC3、以及ScC的結構穩定性、能帶結構和態密度，進一步地研究了基於TiC2單層的納米帶的結構穩定性和電子性質。研究結果表明這些準二維結構都具有較高的熱力學和動力學穩定性。電子結構的分析給出TiC2和ScC都具有導體的特徵，TiC3是間接帶隙的半導體。（3）國際上首次預言了一個由60個碳原子和20個鈧原子組成的穩定的類排球狀分子團簇，並把它命名為排球烯。研究結果受到國內外同行廣泛關注，論文先後被選為Nanoscale封面論文和熱點論文；被MIT Technology Review, Physics Today, “Chemistry World”, New Scientist(Volume 225, Issue 3010, p19)等欄目專題報導；“Volleyballene”作為一個新單詞被World Wide Words (Issue 910, 7 March 2015) 收錄。（4）對新型硼納米體系的結構和儲氫特性進行了研究，提議一個具有D2對稱性的中空Li20B60籠狀結構，構建並得到穩定的硼二維結構和管狀結構，研究其電子結構和儲氫特性，發現鋰修飾硼納米管具有良好儲氫特性。（5）基於凍的氫鍵網路以及沸石結構與碳的sp3結構的拓撲相似性，探索碳的新物相，分別得到五種Ice carbons和六種具有較寬頻隙的新型碳同素異形體。
