【摘 要】
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离子液体具有可设计性、导电性好、以及难挥发等特点,在对二维材料进行非共价掺杂时能保持二维材料结构的完整性,是作为电解质和剥离二维材料的理想液体。研究离子液体和二维材料的界面作用对优化电池、超级电容器和光电纳米器件的性能至关重要。论文主要研究内容如下:（1）基于密度泛函理论（DFT）研究了不同离子液体（ILs）吸附在α相和β相的磷烯（P）和砷烯（As）表面吸附时的界面性质。以N-甲基吡啶（[MPI]
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离子液体具有可设计性、导电性好、以及难挥发等特点,在对二维材料进行非共价掺杂时能保持二维材料结构的完整性,是作为电解质和剥离二维材料的理想液体。研究离子液体和二维材料的界面作用对优化电池、超级电容器和光电纳米器件的性能至关重要。论文主要研究内容如下:（1）基于密度泛函理论（DFT）研究了不同离子液体（ILs）吸附在α相和β相的磷烯（P）和砷烯（As）表面吸附时的界面性质。以N-甲基吡啶（[MPI]+）、1-乙基-3-甲基咪唑（[EMIM]+）和四甲基铵（[TMA]+）三种阳离子与三氟甲磺酸根（[TFO]-）、四氟硼酸盐（[BF4]-）和氯离子（[Cl]-）三种阴离子组合形成的九种代表性ILs作为研究对象,考察它们在不同相的二维磷烯和砷烯纳米片上的吸附行为,以探索ILs的吸附对二维材料的电子和光学性质的影响。计算得到的结构、吸附能和电荷转移表明,ILs与P和As纳米片之间的相互作用以非共价力为主,最稳定的吸附结构对应于阳离子和阴离子共同与表面作用,该特征与ILs和表面的类型无关。通过比较α相和β相对应的吸附体系可以发现,ILs的吸附导致β相的P和As的电子性质和光学性质的变化比α相要明显的多,即α相的性质对离子液体的掺杂要相对惰性一些,而β相则对离子液体的影响比较敏感。上述结果表明吸附性质不仅与化学元素有关,而且与相结构密切相关。我们的计算结果可为进一步拓宽ILs和磷烯（砷烯）杂化材料的应用领域提供理论参考。（2）采用相同的计算方法,研究了上述九种离子液体与MoXY（X,Y=O,S,Se,Te）纳米片的界面作用机制。计算结果表明,Janus MoXY二维材料的两面电负性差距大时,其吸附能和电荷转移量与本征材料有明显差别,而极性小的Janus MoXY则与母体材料相似。离子液体的吸附对不同MoXY纳米片的电子和光学性质的影响可分为以下五类（说明:ILs/MoOS表示ILs吸附在S面,ILs/MoSO表示ILs吸附在O面）:第一类,九种离子液体吸附在MoOS和MoOSe表面后,体系的带隙均无明显变化;第二类,含有Cl-阴离子的ILs的吸附导致MoSeO、MoTeS、MoTeSe纳米片的电子和光学性质发生明显变化;第三类,含有[MPI]+阳离子的ILs的吸附导致MoTe2、MoSTe、MoSeTe纳米片的电子和光学性质发生明显变化;第四类,含有[MPI]+阳离子或[Cl]-阴离子的ILs的吸附导致MoSe2、MoSSe纳米片的电子和光学性质发生明显变化;第五类,含有[TFO]-或[Cl]-阴离子的ILs的吸附导致MoO2、MoSO、MoS2和MoSeS纳米片的电子和光学性质发生明显变化。我们计算所得到的结果可以为基于Mo的二维金属氧化物、硫化物以及相应的Janus材料在能源、电子、光电子和催化等领域的潜在应用提供理论依据。
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