貴金屬單原子和納米團簇在單層WTe2表面上動力學特性的第一性原理計算研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，以一種層狀過渡金屬硫族化合物（TMDs）WTe2為研究對象，對其電子結構性質進行了理論計算。然后，對WTe2進行n型和p型摻雜，計算研究摻雜后其電子結構性質的變化。接著，我們研究了單個貴金屬Pt原子在WTe2單層表面上的吸附和擴散現象，以及n型和p型摻雜對擴散勢壘的影響。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規(guī)律及吸附氧分子之后的變化問題。主要研究內容和結論如下：

2、　?。?）盡管WTe2已被研究數十年，但是它的晶體結構和電子性質近期才被準確地解釋和描述。WTe2有三種類型，我們這里研究的是具有最穩(wěn)定結構的一種，即Td-WTe2。Td-WTe2是由三層共價鍵結合的Te-W-Te原子層沿著c軸方向通過范德瓦爾斯力作用堆垛而成，其電子結構具有很強的各向異性。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單層表面上的擴散動力學性質，擴散

3、包括三類，即無摻雜擴散、Ta（p型）摻雜后的擴散及Re（n型）摻雜后的擴散。通過采用CI-NEB方法計算最小能擴散路徑，我們發(fā)現單個Pt原子在單層WTe2表面上的擴散具有很強的各向異性。Pt原子在沿W-W鋸齒鏈方向上的擴散勢壘最低，因此Pt原子更傾向于沿此方向擴散，其中在無摻雜時此方向的擴散勢壘為0.551eV，摻雜Ta后擴散勢壘為0.463eV，摻雜Re后擴散勢壘為0.508eV。我們的研究結果表明，n型和p型摻雜都會對Pt原子在WT

4、e2襯底上最佳擴散路徑即沿W-W鋸齒鏈方向的擴散勢壘產生影響。這些發(fā)現對制造和調控過渡金屬納米材料在納米催化劑、納米傳感器及相關領域中達到預期的應用效果具有很大的價值和指導意義。
　　（2）針對Td-WTe2電子結構很強的各向異性，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規(guī)律，并研究了在生長Au原子鏈后的WTe2單層表面吸附氧分子后的變化。通過計算模擬，我們找到了單個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，我們開始在WTe2單層表面吸附生長Au原子。通過在各種位置吸附生長的嘗試，我們發(fā)現Au原子在WTe2表面的生長總是沿著較低的Te原子鏈方向，并且總是長成很新奇的雙層Au原子鏈結構。通過計算比較Au原子分散吸附和以鏈狀形式吸附在WTe2表面，我們發(fā)現Au原子長成鏈狀吸附在WTe2表面時的結構更穩(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，并比較兩種結構吸附氧分子后的變化，計算結果表