[發(fā)明專利]一種環(huán)境氣體分子插層調(diào)節(jié)范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的預測方法

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• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號: CN116564433A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設計）人: 高峻峰;張艷雪;常遠
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C60/00;G16C10/00;G16C20/70
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 霍苗

本發(fā)明屬于光催化和太陽能電池技術(shù)領域，具體涉及一種環(huán)境氣體分子插層調(diào)節(jié)范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的預測方法。本發(fā)明提供的預測方法，采用理論模擬的方法構(gòu)建環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型、對分子插層異質(zhì)結(jié)穩(wěn)定構(gòu)型結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能量統(tǒng)計，篩選得到基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型后；相較于未插層的范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型，對基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行電子性質(zhì)的評估、載流子動力學分析和非絕熱耦合平均值分析，能夠準確簡便的預測不同環(huán)境氣體分子對范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的影響。本發(fā)明提供的預測方法具有簡單，可推廣的優(yōu)點，適用于整個TMDC異質(zhì)結(jié)家族。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光催化和太陽能電池技術(shù)領域，具體涉及一種環(huán)境氣體分子插層調(diào)節(jié)范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的預測方法。

背景技術(shù)

二維材料獨特的性質(zhì)吸引了人們大量的關注。而由不同的二維材料堆疊而成的異質(zhì)結(jié)帶來了新的性質(zhì)。例如，堆疊二維材料可以精準的調(diào)控能帶排列。面對日益增長的能源危機和環(huán)境污染問題，開發(fā)清潔高效的可持續(xù)的能源，例如太陽能是迫在眉睫的。二型能帶排列的異質(zhì)結(jié)能夠促進光生電子和空穴對的空間分離，在光催化劑和太陽能電池領域具有很大的應用前景。

過渡金屬二硫化物(TMDC)范德華異質(zhì)結(jié)已被證實能夠?qū)崿F(xiàn)超快的電荷轉(zhuǎn)移。目前合成二維垂直異質(zhì)結(jié)的方法有機械組裝堆疊，化學氣相沉積和物理外延方法。然而，上述方法在鍛造和轉(zhuǎn)移二維材料形成垂直異質(zhì)結(jié)的過程中，不可避免的會在層間引入環(huán)境氣體分子。現(xiàn)有的研究表明，在二維范德華異質(zhì)結(jié)中引入金屬離子能夠?qū)Ξ愘|(zhì)結(jié)的光電性質(zhì)有很大的影響。因此，環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)的電子性質(zhì)的影響也是不可忽略的。

然而，針對環(huán)境中的活潑氣體分子(例如O₂分子和H₂O分子)插層對范德華異質(zhì)結(jié)光電性質(zhì)的影響還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境氣體分子插層調(diào)節(jié)范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的預測方法，本發(fā)明提供的預測方法采用理論模擬的方法能夠準確簡便的預測不同環(huán)境氣體分子對范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)的影響。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)影響的預測方法，包括以下步驟：

(1)采用第一單層二維材料原胞和第二單層二維材料原胞沿著垂直二維材料表面的方向堆疊構(gòu)建范德華異質(zhì)結(jié)原胞；將所述范德華異質(zhì)結(jié)原胞進行擴胞，得到范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型；

(2)在所述范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型中的多個不等效位點插層環(huán)境氣體分子，得到不同插層位點的分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型；對所述不同插層位點的插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對優(yōu)化后的不同插層位點的插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行能量統(tǒng)計，將能量最低的插層范德華異質(zhì)結(jié)模型作為基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型；

(3)對所述基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行差分電荷密度分析，獲得不同環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)的層間耦合的影響；對范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型和基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行投影態(tài)密度分析，獲得不同環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)的帶隙和能帶排列的影響；

(4)采用NVE系綜分別對范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型和基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行分子動力學軌跡模擬，采用含時密度泛函方法對范德華異質(zhì)結(jié)超胞模型和基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行載流子動力學分析，獲得不同環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)的載流子動力學的影響；

(5)對所述基態(tài)環(huán)境氣體分子插層范德華異質(zhì)結(jié)模型進行非絕熱耦合平均值分析，獲得不同環(huán)境氣體分子插層對范德華異質(zhì)結(jié)的非絕熱耦合平均值的影響；

所述步驟(3)和步驟(4)之間沒有時間順序的限定。