【摘 要】
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BN纳米单层,一种蜂窝状二维纳米材料,由于其质量轻、比表面积大、耐热、抗氧化性强等诸多优异性能,在新兴纳米材料领域受到广泛关注。本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统地研究了完整BN纳米单层、缺陷BN纳米单层和金属修饰缺陷BN纳米单层的结构、电子特性和储氢性能。主要得到以下结果:（1）系统地研究了完整和缺陷BN纳米单层的结构和电子特性。研究结果表明,完整BN纳米单层为无磁性宽带隙半导
【基金项目】
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宁夏自然科学基金（2019AAC03035）； 国家自然科学基金项目（11664032）；
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BN纳米单层,一种蜂窝状二维纳米材料,由于其质量轻、比表面积大、耐热、抗氧化性强等诸多优异性能,在新兴纳米材料领域受到广泛关注。本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统地研究了完整BN纳米单层、缺陷BN纳米单层和金属修饰缺陷BN纳米单层的结构、电子特性和储氢性能。主要得到以下结果:（1）系统地研究了完整和缺陷BN纳米单层的结构和电子特性。研究结果表明,完整BN纳米单层为无磁性宽带隙半导体,而点缺陷的引入使得BN纳米单层在费米能级附近出现缺陷能带,且缺陷BN纳米单层均具有磁矩,电荷密度和态密度的分析表明体系磁矩主要来源于缺陷周围的B原子和N原子。（2）系统地研究了碱金属（Li、Na、K、Rb）和碱土金属（Ca）修饰完整和缺陷BN纳米单层的结构和电子特性。结果表明,金属原子与完整BN纳米单层间的相互作用较弱,因此金属原子易在其表面形成团簇。而金属原子与具有B单空位缺陷和BN双空位缺陷的BN单层间的相互作用较强,均高于相应金属的体相内聚能,从而能有效阻止金属团簇的形成。金属原子向邻近B原子和N原子转移电荷,导致金属原子与缺陷BN纳米单层间形成了一个局域静电场。此外,金属原子的吸附使得吸附体系能带结构的费米能级附近出现了杂质态,但碱金属修饰体系仍保持半导体特性,而Ca修饰B单空位缺陷单层体系表现为半金属性。（3）系统地研究了 BN纳米单层和金属修饰缺陷BN纳米单层的储氢性能。研究结果表明,纯净的BN纳米单层与H2分子间相互作用较弱,因此BN单层不适合常温条件下的储氢应用。而金属原子修饰缺陷BN单层体系中,H2分子的平均吸附能较大,处于理想吸附能范围之内,且体系的储氢质量密度均高于4.5 wt%。电子结构分析表明H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在金属修饰的缺陷BN单层体系上。此外,研究了温度和压强对H2分子吸附体系储氢性能的影响,通过适当增大储氢体系压强,可提高H2分子的脱附温度,从而实现室温条件下可逆储氢。最后,研究了外电场对H2分子吸附体系中H2分子吸附能的影响。
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