石墨烯负载半导体复合材料分解水性能模拟仿真方法与流程

文档序号:12235720阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种石墨烯负载半导体CdS复合材料分解水性能模拟仿真方法,其特征在于,该方法包括:

步骤一、优化石墨烯负载半导体CdS复合材料结构;

步骤二、模拟石墨烯负载半导体CdS复合材料表面催化还原H2O生成H2的反应过程;

步骤三、采用第一性原理的密度泛函理论和分子动力学仿真模拟方法,得到缺陷态石墨烯负载半导体催化剂CdS复合材料的结构与分解水制氢性能关系。

2.如权利要求1所述石墨烯负载半导体CdS复合材料分解水性能模拟仿真方法,其特征在于,构建CdS/Graphene复合材料结构模型,获得材料稳态构型,具体方法为:

步骤一、采用经典周期性模型建立石墨烯二维蜂窝状晶体结构模型,考察缺陷、OH吸附、以及S、N分别取代C原子位掺杂,实现石墨烯表面的功能化;

步骤二、运用第一性原理的Kohn-Sham密度泛函理论,采用广义梯度近似,优化出晶体的稳态结构,得到考察缺陷附近石墨烯晶体键长、键角结构参数变化;

步骤三、得到缺陷引入前后,石墨烯体系能量变化,计算缺陷形成能,得到石墨烯表面功能化结构,建立纳米半导体CdS材料与石墨烯基复合的结构模型;

步骤四、半导体催化材料CdS继续采用团簇结构模型,根据能量最小化原则,采用模拟退火算法优化设计出CdS在功能化石墨烯衬底上的稳态吸附构型;

步骤五、通过半导体CdS材料结构及尺寸对吸附稳定性的影响,得到缺陷,覆盖度,吸附位,片层数、团簇尺寸等参数下的复合结构吸附规律,找出影响纳米结构CdS/Graphene复合材料稳定性的主要因素;

步骤六、得到石墨烯与半导体CdS复合材料相互作用机理,以实验规律为参考,确立材料纳米结构与稳定性和光电化学性能之间的构效关系的基本规律。

3.如权利要求1所述石墨烯负载半导体CdS复合材料分解水性能模拟仿真方法,其特征在于,计算CdS/Graphene复合材料体系的电子结构,具体方法为:

步骤一、通过局域电子函数分布和自旋拓扑表征材料吸附前后的成键特征和局域自旋拓扑分布,从电子层面分析缺陷、杂质存在下复合材料结构特性;

步骤二、通过Mulliken电子布局,电荷密度,电荷迁移,总态密度、局域态密度和能带结构变化,得到碳石墨烯中π电子与半导体材料外层电子的相互作用规律,得到缺陷态对石墨烯基半导体复合材料电子结构影响;

步骤三、从电子结构和能带理论角度分析复合材料的高效光电活性。

4.如权利要求1所述石墨烯负载半导体CdS复合材料分解水性能模拟仿真方法,其特征在于,得到复合材料催化还原H2O反应机理,具体方法为:

步骤一、采用分子动力学方法实验室温下O2,H2O,H2以及O在CdS/Graphene复合材料表面的吸附性能,确定其在CdS/Graphene复合材料表面的吸附最稳态;

步骤二、通过吸附能判断H2O在复合材料表面发生还原反应的可能性;

步骤三、在复合材料表面实验H2O还原反应机制,采用Nudged elastic band方法搜索过渡态,分析能量势垒,寻找H2O催化还原生成H2最佳反应路径,确立反应机制;

步骤四、分析反应过程中体系自旋极化的局域态密度特征。

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