《過渡金屬襯底上類石墨烯硼單層CVD生長機制研究》是依託山西大學，由穆躍文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：過渡金屬襯底上類石墨烯硼單層CVD生長機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：穆躍文
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二維平面或準平面硼材料具有豐富的結構多樣性使其展現出很多獨特的電學性質，如良好的金屬性和具有狄拉克錐的半金屬性等，近期逐漸成為研究的熱點。雖然大量的理論實驗研究預示了類石墨烯平面硼材料的存在，但至今未見成功製備的報導。本項目擬以第一性原理方法為主要研究手段系統地探索過渡金屬襯底上硼團簇和硼單層的穩定性與動態生長機理。我們擬以近期研究表明適於硼單層化學氣相沉積生長的Au(111)面為起點，使用申請者自主設計和開發的算法程式系統地搜尋Au(111)面支撐硼團簇和硼單層的全局極小結構，以確定表面生長的成核尺寸和位置、臨界晶核結構等，進而研究硼原子和團簇在襯底上擴散和附著到晶核的過程，以對硼原子和團簇聚集成核及熟化長大形成硼單層的機理進行深入探討。然後再將這種研究模式擴展到硼單層在其他過渡金屬襯底上的生長。本課題研究成果將會指導和推動類石墨烯硼單層的實驗合成，還會促進對其它類石墨烯材料的探索。
結題摘要
二維類石墨烯硼單層（硼烯）由於其豐富的結構多樣性、奇特的成鍵特徵和電子性質逐漸成為研究的熱點。雖然大量的理論實驗研究預示著硼烯的存在，但直至此項目立項未見成功製備的報導。本項目擬以第一性原理方法為主要研究手段系統地探索過渡金屬襯底上硼團簇和硼單層的穩定性與動態生長機理，擬為硼烯的合成提供參考和指導。為了獲得金屬襯底上硼團簇的結構演化規律，首先要獲得各個尺寸下可靠的最低能量結構。我們開發了一種基於基本結構單元可窮盡操作的新型全局搜尋算法（EOU），不僅可用於小尺寸團簇的第一性原理、半經驗全局搜尋，中、大尺寸團簇的經驗勢搜尋，還可用於自由二維單層和襯底支撐團簇的全局搜尋，其效率和可靠性均較高。我們以此程式結合VASP軟體包獲取了大量的支撐硼團簇能量極小結構，並總結出Au(111)表面上硼團簇結構演化的一些規律。總體來說，小尺寸硼團簇傾向於單鏈結構並陷入柔軟的Au表面，隨著尺寸增大，這些團簇更傾向於雙鏈和三鏈結構，顯示出了基於雙鏈和三鏈結構的硼烯的動力學優勢，並預示著Au(111)表面上製備的硼烯結構既有基於雙鏈的亦有基於三鏈的，就像Ag(111)面上的β_12和χ_3硼烯一樣。我們發現了一種M-X-W 轉變機制，它可能在硼納米材料中空洞的形成與演變中發揮重要作用。我們還發現摻雜金屬的異質硼烯、硼納米管和硼球烯可能比相應純硼材料更易製備。我們發現了一種新型的硼烯，它可以作為多種硼球烯的共同前驅體，並解釋了硼球烯結構傾向於七元環的原因。為了推動硼烯的套用研究，我們還探索如何使成功製備的硼烯從Ag表面剝離。我們研究發現通過表面吸附Li/Mg原子或向硼烯下滲入Li/Mg原子，可以大大削弱硼烯與Ag襯底之間的相互作用，使其成為類范德華作用，可以使用類似金屬表面剝離石墨烯的方法進行剝離。
