فوتوکاتالیستهای نیمههادی ترکیباتی هستند که در اثر تابش نور، واکنشهای الکترونی و شیمیایی در سطح آنها تسریع میشود. انتخاب فوتوکاتالیست مناسب، در بسیاری ازکاربردهای عملی و بنیادی مهم است. از آن رو که فوتوکاتالیستهای نیمههادی همیشه جامد هستند، تغییرات متعددی در اندازه و توزیع آنها، مساحت سطح، ساختارسطحی و ساختار بلوری آنها میتوان ایجاد کرد. دیاکسید تیتانیوم و سولفید کادمیوم از آن دسته مواد نیمههادی میباشند که خواص بسیاری داشته و امروزه در صنعت از آنها استفادههای فراوانی میشود. یکی از کاربردیترین خواص آنها خاصیت فوتوکاتالیستی است. در این پژوهش به بررسی بهبود این خواص در اثر ترکیب شدن آنها با تک لایه گرافن پرداخته شده است. محاسبات برپایه نظریهی تابعی چگالی و با استفاده از کد محاسباتی PWscf مبتنی برشبهپتانسیل انجام شده است. نتایج نیم رسانا بودن هیبرید گرافن و دی اکسیدکربن با گاف نواریeV 299/0 همچنین رسانا شدن هیبرید گرافن/سولفیدکادمیوم را نشان می دهد. در واقع دیاکسید تیتانیوم ، به گرافن که دارای گاف انرژی صفر می باشد، گاف القا میکند و این باعث کنترل بسیاری از خواص گرافن از جمله نشتی در ادوات کلید زنی و همچنین بهبود خواص دیاکسید تیتانیوم میشود. سولفیدکادمیوم با اینکه عایق با گاف نواری eV 4/2 بود بعد از هیبرید شدن تأثیری چشمگیری برگاف گرافن ندارد، و هیبرید رفتاری فلزگونه از خود نشان میدهد.
واژگان کلیدی:نظریه تابعی چگالی، گرافن، دیاکسید تیتانیوم، سولفیدکادمیوم.
گرافن: تعریف و تاریخچه
گرافن ورقه ای دو بعدی (2D) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) است. اتم¬های کربنی درگرافن با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند [4-1]. گرافن جدیدترین عضو خانواده¬ی مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. این خانواده شامل فولرن به عنوان نانوماده ی صفر بعدی (0D)، نانولوله های کربنی به عنوان نانوماده¬ی یک بعدی (1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی 3D)) می باشد. اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمه¬ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. غیر از گرافن تک لایه و دولایه، لایه‌های گرافنی از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند¬لایه، گرافن ضخیم و یا نانو بلورهای نازک گرافیتی، می‌نامند [6-5].
با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافن و امید به کاربردهای مختلف آن در آینده¬ی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به روش های تولید، درک ساختار و خواص گرافن اختصاص داده شده است که در ادامه به آن اشاره خواهد شد.
فصل اول 1
مقدمه 1
1-1 گرافن: تعریف و تاریخچه 1
1-2 خواص و کاربردهای گرافن 2
1-3 معرفی دی¬اکسید تیتانیوم 3
1-4 معرفی سولفیدکادمیوم 4
1-4-1 کاربردهای سولفیدکادمیوم 4
1-5 هدف کلی پژوهش 5
1-6 مروری برپژوهش¬های انجام شده 5
فصل دوم 7
رهیافت محاسباتی 7
2-1تئوری تابعی چگالی 8
2-2 حل معادله شرودینگر بس الکترونی 9
2-2-1 تقریب بورن- اپنهایمر 9
2-2-2 نظریه¬ی توماس- فرمی- دیراک 11
2-2-3 تقریب الکترون مستقل 12
2-3 قضایای هوهنبرگ-کوهن 12
2-4 رهیافت کوهن-شم 13
2-4-1 حل معادلات کوهن- شم با استفاده از امواج تخت(PW) 16
2-5 محاسبه¬ی پتانسیل تبادلی-همبستگی 19
2-5-1 تقریب چگالی موضعی(LDA) 20
2-5-2 تقریب شیب تعمیم¬یافته (GGA) 21
2-6 شبه پتانسیل 22
2-6-1 انواع شبه پتانسیل 23
2-6-1-2 شبه پتانسیل ابتدا به ساکن 24
صفحه
فصل سوم 26
بررسی خواص ساختاری هیبرید گرافن و دی¬اکسید تیتانیوم 26
3-1 گرافن به عنوان بستر 26
3-2 بهینه سازی پارامترهای محاسباتی 26
3-3 جذب دی¬اکسید تیتانیوم بر گرافن 28
فصل چهارم 34
بررسی خواص ساختاری و الکترونی ترکیب گرافن و سولفیدکادمیوم 34
مقدمه 34
4-2 جذب سولفیدکادمیوم برگرافن 34
4-3 ویژگی¬های هندسی 35
4-4 ویژگی¬های الکترونی 37
فصل پنجم 41
مقایسه هیبرید ویژگی¬های گرافن/دی¬اکسید تیتانیوم و هیبرید گرافن/سولفیدکادمیوم 41
5-1 خواص ساختاری 41
5-2 خواص الکترونی 42
فصل ششم 48
نتیجه گیری و پیشنهادها 48
منابع:
شامل 66 صفحه فایل word
