[发明专利]一种分析AlH3

摘要

本发明公开了一种AlH3在磷烯表面稳定存储的方法，结合第一性原理的密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟方法，分析了低元AlH3基团在磷烯表面的吸附结构、姿态、数量以及近常温下吸附结构的稳定性，归纳总结出一种分析AlH3在磷烯表面吸附机理的方法，为分析AlH3在二维材料表面的存储提供了理论指导。本发明通过分析AlH3基团在磷烯表面的吸附结构及吸附能发现AlH3基团在磷烯表面以三元团簇结构的形式吸附到磷烯表面；通过电子性质分析得出三元团簇的AlH3基团与磷烯之间的相互作用为物理吸附；通过分子动力学模拟分析得出近室温条件下磷烯对三元团簇的AlH3基团仍然有很好的存储能力。

主权项

1.一种分析AlH3在磷烯表面稳定存储的方法，该方法基于第一性原理的密度泛函理论和分子动力学模拟，分析了AlH3基团在磷烯表面的吸附过程，分析了AlH3在磷烯表面的吸附方式、姿态、结构、数量，验证了其在近室温条件下的稳定性。具体实施方式分为以下4步：(1) 磷烯表面模型及AlH3基团在磷烯表面吸附模型的构建利用Materials Studio软件构建磷烯表面结构模型及AlH3基团在磷烯表面吸附模型。本发明利用Materials Studio软件中的晶面截取功能截取黑磷(010)晶面，然后沿晶面方向搭建厚度为15 Å的真空层即可得到单晶胞大小的磷烯结构。采用Materials Studio软件中搭建超晶胞的功能构建出含有64个磷原子的4×1×4倍超晶胞，用于AlH3基团在磷烯表面的吸附分析。对于AlH3基团在磷烯表面的吸附分析，先在磷烯表面放置一个结构单元的AlH3基团进行结构优化，在优化后的结构上放置第二个AlH3基团进行结构优化；按照上面同样的方法逐次放置第三个、第四个、第n个AlH3基团进行结构优化，得出最终的吸附结构。被吸附基团要与基底之间保持足够的距离，本发明中AlH3基团的初始放置距离都保持在2.8 Å。(2) 应用VASP软件开展的第一性原理计算利用VASP软件对磷烯表面模型以及AlH3基团在磷烯表面吸附模型进行结构优化、总能计算、电子性质分析。自旋极化的方式被用于结构优化、总能计算以及电子结构分析过程，交换关联势能采用广义梯度近似的PBE近似。色散校正被考虑到结构优化过程中，采用了optB88‑vdw形式的范德华近似设置。平面波截断能大小为500 eV，力的收敛标准设置为0.005 eV/Ǻ。布里渊区里K点的设置采用MP方法，在结构优化时采用2×1×4的K点网格大小，在进行总能和电子性质计算时采用5×1×9的K点网格大小。(3) 应用CP2K软件开展的分子动力学模拟利用CP2K软件对最终的稳定吸附结构开展近常温下的分子动力学模拟分析。NVT系综被用来进行分子动力学模拟，电子间的相互交换关联势用广义梯度的PBE近似方法表示，核电子作用采用Goedecker‑Teter‑Hutter赝势表示，价电子作用采用一次极化的短程双ζ基势能基组表示。模拟温度设置在273 K，模拟计算步长为1 fs，总的模拟时长为20 ps。(4) 性质分析从吸附能分析可以得出AlH3基团在磷烯表面吸附时不会以单基团形式吸附，而是会以三元团簇结构的形式吸附到磷烯表面。结合电荷性质计算和吸附能计算结果得出三元团簇的AlH3基团与磷烯之间的相互作用为物理吸附。第一性原理分子动力学模拟证明在近室温条件下磷烯对三元团簇的AlH3基团仍然有很好的存储能力。