锂原子和团簇吸附在聚对苯乙烯撑上的第一性原理研究

摘要

导电聚合物作为有机共轭聚合物具有良好的电学、光学和磁学特性。在非线性光学材料、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)以及光生伏特电池等方面有广泛的应用。聚对苯乙烯撑(PPV)属于导电聚合物的一种，由于具有优良的光电性质，是研究最多也是最有希望的光伏材料之一。但是本征的PPV材料在光学和电学性质方面存在一定的缺陷，所以近几年出现了大量的PPV改性材料。本文也主要是从改性PPV材料的角度出发采用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法来研究锂团簇吸附在PPV上的光学和电学方面的性质，同时对比一下吸附具有相同原子数的不同团簇结构对体系性质的影响有什么不同。
　　(1)通过优化锂团簇(Lin，n=1-10)结构，得出了锂团簇的最稳定的构型，并且知道了随着原子数的增加平均结合能呈增长趋势，原子数是2，4，7的团簇结构表现为幻数的特性。
　　(2)通过优化PPV吸附锂团簇(Lin，n=1-10)的结构，发现平均结合能随着原子数的增加它的大小有一定的起伏，而当吸附Li5团簇时对应的结合能最大;同时从我们得到的能量二阶差分图来看，当吸附2，4，6，8个原子数时对应的团簇结构相对比较稳定。
　　(3)对一个锂原子、两个锂原子和三个锂原子的不同结构吸附在PPV链的不同位置进行了优化，并比较了一下对应的态密度图。从得到的结果可以看出吸附金属锂原子后整体表现出导体的性质。
　　(4)对一个锂原子、两个锂原子和三个锂原子的不同结构吸附在PPV链的不同位置的光学吸收系数计算后发现，2Li/PPV-1这种结构对太阳光谱的吸收比起单独PPV链有很大的提高。吸附三个锂原子的三种结构也都不同程度上对太阳能光谱的吸收有一定的增强。
　　(5)对单独PPV链、PPV链吸附一个、两个和三个锂原子不同结构的电导率的实部和虚部，以及对上述体系的反射光谱进行了计算并做了比较。得到的结果验证了PPV链吸附金属锂原子后表现出了一定的金属性的结论。
　　(6)观察到具有相同原子数锂团簇(Li2)的是幻数团簇结构的吸附并没有比非幻数团簇结构吸附的稳定。其中非幻数团簇结构吸附的2Li/PPV-1表现出更强的光吸收和导电性。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 导电聚合物简介

1．2 纳米团簇的基础知识

1．2．1 纳米团簇简介

1．2．2 团簇的幻数和壳层结构

1．3 本论文的研究背景及选题的意义

1．4 主要工作内容

2 理论基础

2．1 第一性原理简介

2．1．1 Born-oppenheimer(绝热)近似

2．1．2 Hartree-Fock近似

2．2 密度泛函理论

2．3 Hohenberg-Kohn定理

2．4 Kohn-Sham方程

2．5 局域密度近似(LDA)

2．6 广义梯度近似(GGA)

2．7 平面波赝势方法

2．7．1 平面波基矢

2．7．2 赝势

3 所用计算软件介绍

4 计算的方法和对结果的讨论

4．1 金属锂及其团簇简介

4．1．1 计算方法和参数设置

4．1．2 结果的分析与讨论

4．2 导电聚合物PPV的结构和电子性能的计算

4．2．1 计算方法和参数设置

4．2．2 结果的分析和讨论

4．3 金属锂团簇吸附在PPV上的第一性原理的计算

4．3．1 锂原子及团簇(Lin，n=1-10)吸附在PPV上结构的计算

4．3．2 锂原子及团簇(Lin，n=1-3)吸附在PPV链上的电子性质的研究

4．3．3 锂原子及团簇(Lin，n=1-3)吸附在PPV链上的光学性质的研究

4．3．4 锂原子及团簇(Lin，n=1-3)吸附在PPV链上的电导率和红外反射光谱

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢