毕业论文课题相关文献综述
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料因其特殊的内部分子结构而展现出各种奇特的性质。具有特定形貌和微观结构的无机纳米材料（如:纳米管）性能的表征对于新型无机功能材料的应用研究具有重要的意义。如何实现对过渡金属硫化物二硫化钼（MoS2）一维单壁纳米管的结构和性能的理论计算研究，是本论文研究主要目的。
如今量子化学计算的分子体系范围不断扩大,继而在越来越多的材料和化学分支领域发挥重要作用。本论文就是利用现代高速计算机,使用密度泛函理论模拟材料的各种化学物理性质,深入理解材料从宏观到微观多个尺度的各类现象与特征,并对材料的结构和物性进行理论预测。本论文主要运用Materials Studio计算机模拟软件，基于密度泛函理论的第一性原理，创建并研究MoS2纳米管模型的结构，主要是在集量子力学、分子力学、介观模型、分析工具模拟和统计相关为一体容易使用的建模环境中对MoS2纳米管的结构与性能进行理论计算研究。利用量子化学、分子图形学和量子化学计算软件程序VASP、P4VASP、VESTA等计算研究单壁MoS2纳米管的几何结构、电子结构、电荷分布、电子能态及其物理化学性质。
1.1引言
2011年Radisavljevic, B发表的文章Single-layer MoS2 transistors[1]，促使各方对MoS2纳米类材料的进一步研究与发展，随着整个研究领域的风潮，我们对纳米级别的MoS2材料开始会有越来越多的研究，并且从各个方面对MoS2纳米类材料进行了全新的，多方位的阐述。MoS2纳米类材料的应用前景更为广泛，因此也推动了对该类材料的理论计算。其中MoS2纳米管是其中的一个典型代表，最早发现MoS2具有封闭笼状富勒烯结构纳米管[2]是来自以色列魏兹曼科学院的R．Tenne领导的团队，他们通过在氢气和氮气气氛中用硫化氢气体硫化三氧化钼薄层[3]获得的。随后，一些其他研究小组用很多方法合成了二硫化钼富勒烯结构纳米粒子和纳米管。下面是一张单壁MoS2纳米管图（图1.1）[3]。
图1.1扶手椅（8，8）MoS2纳米管（左）和锯齿形（14，0)MoS2纳米管（右）
Fig. 1.1 Armchair (8,8) MoS2 nanotube (left) and zigzag (14,0) MoS2 nanotube(right).
1.2MoS2纳米管的性质
在纳米簇中的MoS2 ，容易受到外界影响而自己卷向形成稳定的管状结构（层间是靠微弱的范德华力结合）。MoS2纳米管是由一些同轴不同半径的空心圆柱构成的管状结构[4,5]，在卷曲形成笼状或管状或管状结构的开始阶段是边缘化学键的翘起[6]，这需要克服原子间的弹性应力，因此，各种形式的能量供给是MoS2纳米管形成的重要条件之一。MoS2富勒烯纳米管( IF- MoS2 )因其独特的微观结构,决定了其有许多新奇的性能. 理论计算显示直径大约2nm的MoS2纳米管由于其带隙远小于块状均为良好的半导体，其带隙不随纳米管的直径和手性而改变[7]，锯齿形MoS2纳米管有一个很小的直接带隙，最近实验发现直径小于1 nm的MoS2纳米管更像金属[8,9]。MoS2纳米管由于许多新奇的性能, 从而使其有很多不易预料的应用。MoS2纳米管可分为单壁MoS2纳米管和多壁MoS2纳米管[10]，多壁纳米管是同轴不同直径的单壁纳米管套装而成[11]。MoS2之所以能够形成富勒烯结构纳米管是由于其具有像石墨一样的层状结构[12]。然而，MoS2层状化合物结构比石墨更复杂，MoS2属于六方晶系[13]，是一种抗磁性且具有半导体性质的化合物[14,15]，其Mo-S棱面相当多，比表面积大，MoS2层沿C轴的堆叠[16]，层和层间靠硫原子间微弱的范德华力结合，而层内是强的共价键结合[17]。每一MoS2层中两个硫原子层和夹在其中间的钼原子层形成夹层结构[18]。而每个钼原子和6个硫原子成键形成三棱镜配位结构、每个硫原子和3个钼原子成键形成三棱锥结构[19]，但处于层边缘的钼和硫原子分别只和4个硫原子和2个钼原子成键而具有悬空键[20] (而IF - MoS2纳米粒子具有封闭的球状结构，不含有悬空键[21])，因此MoS2层是不稳定的。加上层间作用力范德华力很小，不稳定MoS2纳米簇中的二硫化钼层容易受外界环境的影响而形成稳定的富勒烯纳米粒子和纳米管结构(图1.2) [22,23]。这些不同维数的MoS2展现出了丰富的、独特物理化学性。这为催化，储能，传感和电子设备等不同领域的基础研究和技术开发提供了机会、为寻找无机2D材料开辟出新的研究领域和技术途径。
图1.2MoS2层的结构示意图
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