Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Квантовохимические расчеты наноструктур на основе дисульфида вольфрама

Работа №138407

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

химия

Объем работы41
Год сдачи2017
Стоимость4235 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
15
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
I. Литературный обзор
1.1. Свойства объемного кристалл WS2
1.2. Получение и свойства монослоя WS2
1.3. Получение, структура и свойства нанотрубок на основе WS2 ...........9
II. Методическая часть
2.1. Методика квантовохимических расчетов
III. Обсуждение результатов
3.1. Сравнение результатов расчета свойств объемного кристалла WS2
с экспериментальными данными.
3.2. Структура и фононные спектры монослоя WS2
3.3. Устойчивость нанотрубок на основе WS2
3.4. Частоты фононных колебаний и термодинамические свойства
нанотрубок на основе WS2
IV.Выводы 32
V. Благодарности
VI.Список цитированной литературы
Приложения..

Кристаллический дисульфид вольфрама, который имеет слоистую структуру
(рисунок 1), находит широкое применение в трибологии, катализе, электрохимических
устройствах, а также в технологиях хранения газообразного водорода. Уникальные
электронные свойства делают WS2 перспективным компонентом наноэлектронных
устройств [1,2]. Быстро развивающиеся нанотехнологии открывают широкие
возможности для повышения производительности хранения водорода и
аккумуляторных батарей на основе материалов из WS2.
К настоящему времени выполнено достаточно много квантовохимических
расчетов электронной структуры и устойчивости нанослоев и нанотрубок на основе
дисульфида вольфрама. Тем не менее, практически отсутствуют как
экспериментальные, так и теоретические данные относительно спектральных и
термодинамических характеристик указанных систем. В данной работе выполнены
квантовохимические расчеты фононных частот нанослоев и нанотрубок для
последующего их использования при вычислении термодинамических свойств
наноразмерных систем состава WS2.
Таким образом, в качестве объекта исследования был выбран дисульфид
вольфрама WS2. Целью настоящей дипломной работы является теоретическое
моделирование фононных спектров и термодинамических характеристик нанослоев и
нанотрубок на основе дисульфида вольфрама. Для её достижения требовалось решить
следующие задачи:
• Выбор базиса для квантовохимических расчетов WS2;
• Оптимизация структуры кристалла WS2 в выбранном базисе;
• Моделирование структуры свободного слоя WS2;
• Расчет фононных частот и термодинамических характеристик нанослоя WS2;
• Моделирование структуры нанотрубок на основе WS2;
• Расчет фононных частот и термодинамических характеристик нанотрубок
на основе WS2.4
Рисунок 1. Слоистая структура графита и WS2. Графит образован слоями из атомов
углерода, которые связаны между собой внутри одного слоя посредством
ароматических связей. Кристалл WS2 состоит из слоев, каждый из которых
представляет собой сэндвич из трех плоскостей состава S-W-S, связанных
ковалентными тетраэдрическими связями W-S. Соседние плоскости серы
удерживаются вместе слабыми ван-дер-ваальсовыми силами [3].
Дипломная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения
результатов, методической части, выводов, списка цитируемой литературы и
приложения. Литературный обзор содержит описание экспериментальных и
теоретических исследований нанослоя и нанотрубок. В методической части изложен
метод моделирования нанотрубок.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

• Квантовохимические расчеты подтвердили отсутствие мнимых частот в
точках симметрии зоны Бриллюэна свободного слоя, что свидетельствует о
его локальной устойчивости и согласуется с экспериментально
установленной стабильностью свободного монослоя;
• Установлено, что учет дисперсионной энергии необходим для корректного
определения энергии образования нанослоев и нанотрубок в рамках
неэмпирических расчетов;
• Полученные энергии сворачивания нанотрубок на основе WS2 убывают с
ростом их диаметра обратно пропорционально квадрату его величины, что
полностью согласуются с результатами предыдущих исследований;
• Впервые рассчитанные неэмпирически дисперсионные кривые фононных
частот свидетельствуют о структурной устойчивости нанотрубок на основе
дисульфида вольфрама;
• Проведенный впервые анализ температурных зависимостей
термодинамических функций, полученных в результате неэмпирических
расчетов, указывает на заметные отклонения термодинамических свойств
нанотрубок от свойств монослоя: для теплоемкости при низких
температурах, а для энтропии, наоборот, при высоких температурах;
• Впервые показано, что термический вклад в устойчивость нанотрубок на
основе WS2 имеет заметную величину, особенно при малых диаметрах нанотрубок


1. F. Cheng, J. Chen, J. Mater. Res. 21, p. 2744 (2006)
2. R. Tenne, in Nanotubes and Nanofibers, ed. by Y. Gogotsi (Taylor and Francis
Group, Boca Raton, 2008), p. 135–155
3. R. Tenne, L. Margulis, M. Genut, G. Hodes, Nature 360, p. 444 (1992)
4. M. Eagleson, Concise encyclopedia of chemistry. (Walter de Gruyter: Berlin New
York, 1994). p. 1129
5. R. Bhandavat, L. David, G. Singh, J. Phys. Chem. Lett. 3, p. 1523 (2012)
6. W. J. Schutte, J. L. de Boer, F. Jellinek, J. Solid State Chem. 70, p. 207-209 (1987)
7. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos,
I. V. Grigorieva, A. A. Firsov, Science 306, p. 666 (2004)
8. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V.
Morozov, A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, p. 10451 (2005)
9. A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, A. K. Geim, Rev.
Mod. Phys. 81, p. 109 (2009);
A. K. Geim, Science 324, p. 1530 (2009)
10. Y.-W. Son, M. L. Cohen, S. G. Louie, Nature (London) p. 347 (2006)
11. M. Ezawa, Eur. Phys. J. B 66, p. 245 (2008);
W. H. Liao, B. H. Zhou, H. Y. Wang, G. H. Zhou, Eur. Phys. J. B 76, p. 463 (2010)
12. L. Hu, X. Hu, X. Wu, C. Du, Y. Dai, J. Deng, Physica B 405, p. 3337 (2010);
R. Thapa, D. Sen, M. K. Mitra, K. K. Chattopadhyay, Physica B 406, p. 368 (2011)
13. C. N. R. Rao, A. K. Sood, K. S. Subrahmanyam, A. Govindaraj, Angew. Chem. Int.
Ed. 48, p. 7752 (2009)
14. S. Park, R.S. Ruoff, Nat. Nanotechnol. 4, p. 217 (2009)
15. M. Ye, Y.T. Cui, Y. Nishimura, Y. Yamada, S. Qiao, A. Kimura, M. Nakatake, H.
Namatame, M. Taniguchi, Eur. Phys. J. B 75, p. 31 (2010)
16. R. Tenne, Angew. Chem. Int. Ed. 42, p. 5124 (2003);
R. Tenne, Nat. Nanotechnol. 1, p. 103 (2006)
17. H. S. S. Ramakrishna Matte, A. Gomathi, A. K. Manna, D. J. Late, R. Datta, S. K.
Pati, C. N. R. Rao, Angew. Chem. Int. Ed. 49, p. 4059 (2010)35
18. A. S. Golub, Ya. V. Zubavichus, Yu. L. Slovokhotov, Yu. N. Novikov, Russ.
Chem. Rev. 72, p. 123 (2003)
19. K. Kobayashi, J. Yamauchi, Phys. Rev. B 51, p. 17085 (1995)
20. S. Lebegue, O. Eriksson, Phys. Rev. B 79, p. 115409 (2009)
21. S. Zhao, J. Hue, W. Kang, Chem. Phys. Lett. 595, p. 35 (2014)
22. A. Klein, S. Tiefenbacher, V. Eyert, C. Pettenkofer, W. Jaegermann, Phys. Rev. B
64, p. 205416 (2001)
23. K. Albe, A. Klein, Phys. Rev. B 66, p. 073413 (2002)
24. A. Kuc, N. Zibouche, T. Heine, Phys. Rev. B 83, p. 245213 (2011)
25. N. Zibouche, A. Kuc, T. Heine, Eur. Phys. J. B 85, p. 49 (2012)
26. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 105, p. 136805
(2009)
27. H. R. Gutierrez, N. Perea-Lopez, A. L. Elias, A. Berkdemir, B. Wang, R. Lv, F.
Lopez-Urias, V. H. Crespi, H. Terrones, M. Terrones, Nano Lett. 13, p. 3447 (2013)
28. A. Berkdemir, H. R. Gutierrez, A. R. Botello-Mendez, N. Perea-Lopez, A. L. Elías,
C. I. Chia, B. Wang, V. H. Crespi, F. Lopez-Urías, J-.C. Charlier, H. Terrones, M. Terrones,
Sci. Rep. 3, p. 1755 (2013)
29. H. Zeng, G.-B. Liu, J. Dai, Y. Yan, B. Zhu, R. He, L. Xie, S. Xu, X. Chen, W. Yao,
X. Cui, Sci. Rep. 3, p. 1608 (2013)
30. A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, F. Wang,
Nano Lett. 10, p. 1271 (2010)
31. A. Castellanos-Gomez, M. Barkelid, A. M. Goossens, V. E. Calado, H. S. J. van
der Zant, G. A. Steele, Nano Lett. 12, p. 3187 (2012)
32. H. G. Fuchtbauer, A. K. Tuxen, P. G. Moses, H. Topsoe, F. Besenbachera, J. V.
Lauritsen, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, p. 15971 (2013)
33. C. Ataca, S. Ciraci, J. Phys. Chem. C 115, p. 13303 (2011)
34. Y. Ma, Y. Dai, M. Guo, C. Niu, J. Lu, B. Huang, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, p.
15546 (2011)
35. A. Molina-Sanchez, L. Wirtz, Phys. Rev. B 84, p. 155413 (2011)
36. N. Singh, G. Jabbour, U. Schwingenschlogl, Eur. Phys. J. B 85, p. 392 (2012)
37. E. S. Kadantsev, P. Hawrylak, Solid State Commun. 152, p. 909 (2012)
38. T. Cheiwchanchamnangij, W. R. L. Lambrecht, Phys. Rev. B 85, p. 205302 (2012)36
39. J. Wei, Z. Ma, H. Zeng, Z. Wang, Q. Wei, P. Peng, AIP Adv. 2, p. 042141 (2012)
40. K. Kosmider, J. Fernandez-Rossier, Phys. Rev. B 87, p. 075451 (2013)
41. J. Kang, S. Tongay, J. Zhou, J. Li, J. Wu, Appl. Phys. Lett 102, p. 012111 (2013)
42. I. Milosevic, T. Vukovic, M. Damnjanovic, B. Nikolic, Eur. Phys. J. B 17, p. 707
(2000)
43. X. Zou, Y. Liu, B.I. Yakobson, Nano Lett 13, p. 253–258 (2013)
44. A. Margolin, F. L. Deepak, R. Popovitz-Biro, M. Bar-Sadan, Y. Feldman and R.
Tenne, Nanotechnology 19, p. 095601 (2008)
45. M. Virsek, A. Jesih, I. Milosevic, M. Damnjanovic, M. Remskar, Surface Science
601, p. 2868–2872 (2007)
46. M. Ghorbani-Asl, N. Zibouche, M. Wahiduzzaman, A. F. Oliveira, A. Kuc, T.
Heine, Sci. Rep. 3, p. 2961 (2013)
47. M. Damnjanovic, E. Dobardžic, I. Miloševic, M. Viršek, and M. Remškar, Mater.
Manufact. Proc. 23, p. 579–582 (2008)
48. G. Seifert, T. Kohler, and R. Tenne, J. Phys. Chem. B 106, p. 2497-2501 (2002)
49. A. Rothschild, R. Popovitz-Biro, O. Lourie, and R. Tenne, J. Phys. Chem. B 104,
p. 8976-8981 (2000)
50. K. R. O’Neal, J. G. Cherian, A. Zak, R. Tenne, Z. Liu, and J. L. Musfeldt, Nano
Lett. 16, p. 993−999 (2016)
51. L. Xin, W. Zhenyu, Z. Jinying, X. Chong, L. Beibei, W. Rui, L. Jun, N. Chunming,
Carbon 85, p. 168-175 (2015)
52. Y. Q. Zhu, W. K. Hsu, N. Grobert, B. H. Chang, M. Terrones, H. Terrones, H. W.
Kroto, D. R. M. Walton, Chem. Mater. 12, p. 1190-1194 (2000)
53. R. Tenne and G. Seifert, Annu. Rev. Mater. Res. 39, p. 387–413 (2009)
54. M. B. Sadan, M. Heidelmann, L. Houben, R. Tenne, Appl Phys A 96, p. 343–348
(2009)
55. V. Brüser, R. Popovitz-Biro, A. Albu-Yaron, T. Lorenz, G. Seifert, R. Tenne, A.
Zak, Inorganics 2, p. 177-190 (2014)
56. L. Changsheng, L. Junmao, Y. Kehong, L. Yanqing, L. Wanzhang, S. Xinya, Q.
Zhou, Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems January 18-21, 2006,
Zhuhai, China37
57. L. Yanqing, L. Changsheng, Y. Jinghai, H. Zhong, L. Junmao, Y. Kehong, Z.
Shuhuo, J. Mater. Sci. Technol., 23 p.185-188, (2007)
58. R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, F.
Pascale, B. Civalleri, K. Doll, N.M. Harrison, I.J. Bush, P. D’Arco, M.Llunell, CRYSTAL09
User’s Manual, (University of Torino, Torino, 2010)
59. I. Milosevic, B. Nikolic, E. Dobardzic, M. Damnjanovic, I. Popov, G. Seifert, Phys.
Rev. B 76, p. 233414 (2007)
60. A.N. Enyashin, Y.N. Makurin, A.L. Ivanovskii, Dokl. Phys. Chem. 399, p. 293
(2004)
61. A.N. Enyashin, V.V. Ivanovskaya, A.L. Ivanovskii, Mendeleev Commun. 107, p.
94 (2004)
62. A. V. Krukau, O. A. Vydrov, A. F. Izmaylov, G. E. Scuseria, J. Chem. Phys. 125
p. 224106 (2006);
J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, p. 3865-3868, (1996)
63. R. Dovesi, V. R. Saunders, C. Roetti, R. Orlando, C. M. Zicovich-Wilson, F.
Pascale, B. Civalleri, K. Doll, N. M. Harrison, I. J. Bush, Ph. D'Arco, M. Llunell, M. Causa,
Y. Noel, CRYSTAL14 User’s Manual, University of Turin, (2016)
64. S. Grimme, J. Comput. Chem. 27, p. 1787 (2006)
65. A. Schäfer, C. Huber, R. Ahlrichs, J. Chem. Phys. 100, p. 5829–5835 (1994)
66. L. A. LaJohn, P. A. Christiansen, R. B. Ross, T. Atashroo, W. C. Ermler, J. Chem.
Phys. 87, p. 2812–2824 (1987)
67. R. B. Ross, J. M. Powers, T. Atashroo, W. C. Ermler, L. A. LaJohn, P. A.
Christiansen, J. Chem. Phys. 93, p. 6654–6670 (1990)
68. H. J. Monkhorst, J. D. Pack, Phys. Rev. B 13, p. 5188–5192 (1976)
69. F. Pascale, C. M. Zicovich-Wilson, F. López Gejo, B. Civalleri, R. Orlando, R.
Dovesi, J. Comput. Chem. 25, p. 888–897 (2004)
70. M. T. Yin, M. L. Cohen, Phys. Rev. B 26, p. 3259–3272 (1982)
71. D. C. Wallace, Thermodynamics of Crystals (Dover: New York, 1998)

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.