グラファイト状化合物BCNとその層間化合物の電子構造・電子分布の第一原理的計算

石墨化合物BCN及其插层化合物电子结构和分布的第一性原理计算

基本信息

批准号：
07740235
负责人：
水野誠司
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07740235/
关键词：
グラファイト状化合物バンド構造層状物質第一原理計算

项目摘要

グラファイト状化合物の中で最も簡単な構造を持つBC_3,BC_2N,C_3NのそれぞれのmonolayerおよびA-A stacking のBC_33次元結晶に対して、第一原理からのセルフコンシステントなバンド計算を行った。手法は、密度汎関数法に基づく数値基底を用いたLCAO法で、局所密度近似の範囲内で行った。これらの物質の面内構造は、よくわかっていないが、ここでは単位胞が最も小さくなるような構造を選んだ。また、電子分布の計算、特に、フェルミ準位近傍の状態(π状態)の電子分布の計算を行い、一連のグラファイト状化合物のπ電子の分布の様子を比較した。計算結果によると、これらの物質のmonolayerは半導体となるが、A-A stacking のBC_33次元結晶はc軸方向の分散により金属となる。また、電荷移動の量の見積りも行い、Bはドナー、Nはアクセブターとして働くことを定量的に示した。さらに、価電子分布の計算によって以下のことが明らかになった。BC_3におていは、炭素どうしが共有結合によって結合した6角形のリングをつくり、それがホウ素と弱い共有結合で結び付いている。一方、C_3Nにおいては、炭素リングは窒素原子と強く結合していて、蜂の巣格子を形成している。BC_2Nにおいては、これらの中間的な特徴を持っていて、炭素と窒素が6角形のリングを作りそれがBと弱く結合している。また、今後の研究として、BC_3,BC_2N,C_3Nの層間にカリウムをインターカレートして合成される層間化合物に対して、上記の計算手法を用いてセルフコンシステントなバンド計算を実行することを予定している。そこで得られたバンド構造を、母結晶のバンド構造と比較することにより、インターカレーションの影響が電子構造にどのように反映されるかを調べる予定である。

分别对BC_3，BC_2N和C_3N的单层和A-A堆叠BC_33维晶体进行了第一原理的自洽频段计算，它们具有最简单的石墨化合物结构。该方法是在局部密度近似范围内使用基于密度函数方法的数值基础的LCAO方法进行的。这些物质的平面结构尚不清楚，但我们选择了单位细胞最小的结构。此外，特别是计算了电子分布，特别是在费米水平附近的状态（π状态）的电子分布，并比较了一系列类似石墨的化合物的π电子分布的状态。根据计算结果，这些材料的单层是半导体，但是由于c轴方向的分散，A-A堆叠的BC_33D晶体变成了金属。我们还估计了电荷转移的量，定量表明B充当捐赠者，n用作附件。此外，对价电子分布的计算揭示了以下内容：在BC_3中，形成了一个六边形环，其中碳纤维通过共价键键合，这些键通过弱的共价键将其连接到硼。另一方面，在C_3N中，碳环与氮原子强烈粘合，形成蜂巢晶格。在BC_2N中，存在这些中间特征，其中碳和氮形成一个六角形环，该环与B弱耦合B，此外，作为一项未来的研究，我们计划使用上述计算方法对互构量化合物的上述计算方法进行计算方法，该方法是通过在BC_3，BC_2N和BC_2N中通过插入量插入的钾盐来合成的。因此，我们将通过比较与母晶体的带状结构进行比较，研究如何在电子结构中反映插入的效果。