类石墨烯表面结构和性能预测

石墨烯是近年来凝聚态物理研究的热点问题之一。本项目拟采用基于密度函数理论的第一性原理方法和非平衡格林函数理论，通过对III-V族、II-VI族、I－VII族等半导体化合物广泛搜索，寻找稳定的类石墨烯新结构，探索可能存在的奇异二维结构；同时分析研究其电子结构、磁特性以及输运性质，挖掘计算结果背后的物理规律，期冀从电子结构和轨道杂化的层次上给出定性解释。

石墨烯作为理想的二维碳纳米结构, 表现出很多奇特的力学、量子和电学性质，在电子、信息、能源等多个领域展现出巨大的应用前景。本项目采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，预测了一类稳定的硼片结构，同时研究了金属原子修饰的硼二维结构的储氢特性。研究结果发现，Ca 原子修饰α-硼片的储氢效果较好，最多可以吸附32个氢分子，储氢质量密度可以达到8.77wt.%; Li 修饰Z(1/12)硼片最多可以吸附24个氢分子，平均吸附能为0.303eV，储氢质量密度为8.3wt.%。另一方面，硅，作为碳的同族元素，具有较大的原子半径、较弱的电负性和相似的电子组态，相应的是否存在类似石墨烯的二维硅结构，一直以来都是人们广泛关注和研究的课题。我们对硅的二维结构－硅烯－的结构稳定性和电子结构进行了理论研究，同时研究了金属原子修饰的硅烯的储氢特性。研究结果发现，单面金属K原子修饰的硅烯，每个K原子最多可以吸附4个氢气分子，平均吸附能0.153 eV,氢分子的吸附主要是通过静电相互作用；用H饱和后，可以实现K原子的双面修饰，此时，K原子在硅烯表面的覆盖率达到25％，吸氢质量分数可达 5.03 wt.%, 平均吸附能 0.137 eV.