CsPbI3钙钛矿相的配体稳定策略研究开题报告

 2023-10-24 09:14:59

1. 研究目的与意义

研究背景:钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙(catio3)相同晶体结构的材料,是gustavrose在1839年发现,后来由俄罗斯矿物学家l.a.perovskite命名。钙钛矿材料的结构通式一般为abx3,在钙钛矿材料中,每一个a位原子(一般为一个有机基团或者一个无机阳离子)有12个x位近邻原子(一般为一个卤素阴离子或者类卤素基团),配位数是12,b位原子(一般为二价金属阳离子)有6个x位近邻原子,配位数为6。b和x形成bx6八面体结构,而a分布在相互连接的八面体的间隙中。当a为有机基团时,它们被称为有机无-机杂化钙钛矿材料,当a为无机阳离子(如cs )时,它们被称为无机钙钛矿材料。这种奇特的晶体结构使它具备了很多独特的理化性质,比如吸光性、电催化性等等,在化学、物理领域有较好的应用前景。尽管钙钛矿材料在各个领域取得了迅猛的进展,但钙钛矿材料的结构和化学稳定性仍然是制约其进一步发展的瓶颈。在钙钛矿材料表面吸附配体是一个可选稳定其相结构的方案。

研究目的:建立cspbi3钙钛矿相的(001)晶面作为暴露终端的薄膜结构,通过第一性原理计算方法研究4-氨基苯甲酸(4-aminobenzoic acid,aba)配体对cspbi3钙钛矿相的稳定效果。

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2. 研究内容和预期目标

研究内容:首先,建立CsPbI3钙钛矿相的(001)晶面作为暴露终端的薄膜结构,分别有两种暴露终端面,CsI终端和PbI2终端。采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA)方法,计算两种暴露终端的表面能,从而确定稳定的薄膜结构;然后,建立4-氨基苯甲酸(4-aminobenzoic acid,ABA)在CsPbI3的表面吸附的表面模型,并计算配体吸附表面的能量,从热力学稳定性角度,探究配体对CsPbI3钙钛矿相表面的稳定效果;进一步研究配体对于CsPbI3表面PbI6八面体扭转的抑制效果,从动力学角度探究配体对于CsPbI3钙钛矿相表面的稳定效果。

预期目标:根据计算结果,探究配体对于CsPbI3钙钛矿相的稳定效果,获得配体对于CsPbI3表面稳定的热力学和动力学规律。

3. 研究的方法与步骤

研究方法:采用vesta软件建立cspbi3的薄膜模型以及配体吸附的表面模型,采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(gga)方法,研究配体对于cspbi3表面稳定的热力学和动力学规律,这些计算在vasp软件包中实现,数据处理采用linux系统下编写的shell脚本实现,数据分析采用origin软件进行可视化呈现。

研究步骤:(1)根据老师给出的论文及相关资料(相关的文献书籍、图书馆数据库查阅的相关论文资料),了解论文课题的背景,研究的课题在应用方面的进展以及对未来其他领域的影响。

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4. 参考文献

[1] kresse g, furthmller j. efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set [j]. physical review b 1996, 54(16): 11169.

[2] kresse g, joubert d. from ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method [j]. physical review b 1999, 59(3): 1758.

[3] perdew j p, burke k, ernzerhof m. generalized gradient approximation made simple [j]. physical review letters 1996, 77(18): 3865.

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5. 计划与进度安排

(1) 2024-12-16~2024-02-27 复习量子力学和固体物理等基础课程,学习密度泛函理论以及赝势理论;

(2) 2024-02-28~2024-03-03 调研有关在cspbi3的表面吸附配体的相关文献资料,提出研究方案,完成开题报告,教师完成开题报告的审核。

(3) 2024-03-04~2024-04-10 学习晶体模型的建立方法;学习第一性原理计算软件包vasp的使用方法;学习用vasp计算晶体表面能、配体吸附能的方法。

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