CuCOH和MoSO团簇在石墨烯和二硫化钼单层合成中的结构演化和作用
批准号:
12074053
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
高峻峰
依托单位:
学科分类:
团簇物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高峻峰
中文摘要
团簇是从原子向固体演化的中间阶段,团簇研究可以从微观角度理解材料生长中的原子行为。石墨烯和MoS2单层是当前最为典型的二维材料,但一些生长的关键微观机理还缺乏理解。铜表面生长石墨烯高达1000oC,熔化的铜会产生铜蒸汽,形成的铜团簇可能比表面更有效分解CH4,还可能形成复杂CuCOH团簇,参与石墨烯的生长。在石墨烯生长完成后,CuCOH团簇可能沉积到石墨烯表面,影响其性能。类似地,高温S蒸汽通过MoO3表面触发了MoS2生长,MoSO团簇的结构、尺寸分布和演变是理解MoS2成核生长的关键。在晶体生长的复杂环境中,研究这些多组元团簇演变十分困难,相关工作长期缺少。本项目拟采用团簇物理、晶体生长理论与机器深度学习相结合方法,深入研究CuCOH和MoSO团簇在复杂环境中的行为,对比二者生长异同,分别建立从团簇到石墨烯和MoS2生长研究的桥梁,可以帮助实验改进二维材料的合成方法。
英文摘要
Cluster is the intermediate structure from atom to bulk material; therefore, the study on cluster can disclose the atomic growth information of 2d material on the micro level. Nowadays, graphene and MoS2 are the most important 2D materials,which have attracted so many experimental explores. However, some important growth mechanism is still unclear. For example, the growth temperature for graphene growth on Cu surface is high to 1000 oC. There are remarkable Cu vapor as Cu surface are melt under such high temperature. The Cu clusters in Cu vapor may play important role for the decomposition of CH4. The formed CuCOH clusters may trigger the growth of graphene. After growth, the residual CuCOH clusters will be deposited on the graphene surface, and influence the properties. Similarly, MoSO clusters can be formed by S vapor through the MoO3 surface under high temperature. The structure, energy and evolution of MoSO clusters are also very important to understand the growth of MoS2. However, the study on CuCOH and MoSO clusters are quite difficult because the multi-element and complex growth environment,so very rare related studies can be found. As the big advance of supercomputing and computational methods, now we can do it by combing the cluster science, the growth theory of crystal, the machine learning methods. This research project can insightfully understand the behaviors of CuCOH and MoSO under complex condition, connecting the clusters to growth mechanism of 2D materials. Beyond, it can also help to improve the growth controlling.
二维材料具有原子层厚度和独特的电子、光电、自旋和催化的性质,吸引了大量的研究。但二维材料的生长的关键微观机理还缺乏理解。尤其是,生长的高温会产生衬底蒸气,与反应管中多种气体可能发生反应,生成各种复杂的团簇。这些团簇可能影响二维材料成核、边界生长动力学,也会造成表面负载团簇,引起表面缺陷、多层生长等问题。本项目系统的调研了团簇和表面负载团簇的研究现状,采用密度泛函理论结合实验,系统性的考虑材料生长中可能产生的金属团簇、金属和氢、碳、硫等环境元素混合团簇、计算了金属团簇蒸气的对反应气体的催化分解,活性分子和团簇沉积和与衬底相互作用。我们还考虑多种二维材料边界的重构机理以及对性质的影响,CuCH团簇参与石墨烯边界生长的机理。在此基础之上,我们还考虑多种表面负载团簇的催化性质研究。进一步的,采用密度泛函理论小数据库,引入主动学习方法,我们训练了MoWS,SnS,多种金属和H,金属和C的多种机器学习力场,该系列力场精度可比密度泛函理论,但能负担万级原子纳秒级模拟。将相关机器学习力场植入了蒙特卡洛和分子动力学模拟程序,模拟了金属团簇与过渡金属二硫族化学物的过程(MoS2,WS2, NbSe2)等,提出多种负载金属团簇下沉和嵌入的重构机理。相关研究发表相关论文51篇,举办智能材料学术会议1次,做学术会议邀请报告11次,相关对于TMD材料,二元甚至三元多层结构生长理解具有重要意义。表面团簇下沉和嵌入可能会引起早期单原子、负载单团簇催化、磁各向异性的结构模型的重新思考。从密度泛函理论小数据模型发展高精度、大规模、长时间的机器学习力场蒙特卡洛和分子动力学方法,是新的人工智能方法在物理学、材料学和化学等基础学科模拟方法的新一代范式更新,该方法可以进一步模拟配体团簇、负载团簇和材料从团簇到晶体的生长机理,可以模拟负载团簇的不同温度、不同压强、不同化学氛围下的催化动力学。
表面支撑团簇结构演化的多维模拟方法的研究
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批准号:12374253
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.00万元
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批准年份:2023
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负责人:高峻峰
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依托单位:
国内基金
海外基金