具有类钙钛矿结构（RNH3）2MI4的电子结构分析

论文摘要

有机-无机复合类钙钛矿材料是一类具有特殊晶体结构的新型材料。这种材料有机、无机部分存在组分和结构的多种变化,材料在性能上也具有很强的设计性,但是从晶体结构上看,始终是有机层与无机层有规律的交替排列。 本文采用基于第一原理的Dmol3和CASTEP程序计算这类材料的电子学性能,利用了这类材料结构的相对稳定性和性能的可设计性相统一的特性,通过建立能够反映这类材料一般性结构的晶体模型来计算其电子学性能,并进行比较、分析,找出其中的规律。 全文分为两大部分:第一部分是研究无机部分金属元素的变化对材料性能的影响。在这一部分中第四主族元素Ge、Sn、Pb被用作研究对象,并构建立了它们相应的晶体模型。第二部分是研究有机部分铵阳离子的变化对材料性能的影响,在这一部分中分别建立了有机组元为丁铵阳离子和苯乙基铵阳离子的晶体模型。Dmol3程序被用来计算模型中的电荷布居,CASTEP程序则被用来计算模型的能带结构和态密度。 在第一部分的研究中,通过对电荷分布的计算,分析了无机层中电荷分布随金属元素的不同而变化的规律和有机层与无机层间成键情况;通过对模型能带结构和态密度的计算,模型禁带宽度Pb→Ge→Sn的顺序逐渐减小,无机组分的原子轨道构成了价带的项部和导带的底部,无机部分结构的畸变对成键也有很大的影响。 在第二部分的研究中,通过对电荷分布、能带结构和态密度的计算,分析了有机层和无机层之间的成键作用和模型禁带宽度、能带结构组成随有机组元不同而变化的规律。 密立根布居分析、周期性结构中态密度与能带结构,以及分子轨道的关系在文中被广泛应用。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 计算方法和理论
• 1.2.1 第一性原理
• 1.2.2 密度泛函理论
• 1.3 电子结构的表征
• 1.3.1 Mulliken集居数分析
• 1.3.2 能带结构
• 1.3.2.1 周期性边界条件—布洛赫定理
• 1.3.2.2 能带结构和能带结构图
• 1.3.2.3 能带结构的计算—正交化平面波赝势方法
• 1.3.3 总态密度（TDOS）和部分态密度（PDOS）
• 1.4 研究内容和思路
• 6H₅C₂H₄NH₃）₂MI₄（M=Ge，Sn，Pb）体系的电子结构研究'>第2章 （C₆H₅C₂H₄NH₃）₂MI₄（M=Ge，Sn，Pb）体系的电子结构研究
• 2.1 计算程序的相关介绍和设置
• 2.1.1 计算程序的介绍
• 2.1.2 计算程序的设置
• 2.2 构建晶体模型
• 2.3 计算结果分析
• 2.3.1 Mulliken集居数分析
• 2.3.2 能带结构分析
• 2.3.2.1 能带和态密度的关系
• 2.3.2.2 禁带宽度分析
• 2.3.2.3 能带组成分析
• 2.3.3 偏态密度图和成键分析
• 2.3.3.1 偏态密度图中“共振”峰与成键的关系
• 6H₅C₂H₄NH₃）₂SuI₄的成键分析'>2.3.3.2 （C₆H₅C₂H₄NH₃）₂SuI₄的成键分析
• 3）₂SnI₄体系的电子结构研究'>第3章 （RNH₃）₂SnI₄体系的电子结构研究
• 3.1 构建晶体模型
• 3.2 计算结果分析
• 3.2.1 Mulliken集居数分析
• 3.2.2 能带结构和态密度分析
• 第4章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间已发表或已接受的学术论文及专利
• 致谢