一种评估制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种评估ZnO/rGO异质结气体吸附能力的模拟方法及装置


[0001]本专利技术涉及材料合成和化学
，具体涉及一种
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法及装置
。

技术介绍

[0002]在光催化
、
气敏等领域，气体分子在材料表面的吸附行为及其性能差异是构建材料及开发其应用的基础
。
目前，纳米
ZnO
由于具有高比表面积
、
高电子迁移率
、
良好的化学和热稳定性
、
宽带隙
(3.37eV)
和大激子结合能
(60meV)
等特点，受到了最广泛的关注，成为最有前途的气敏
、
压敏以及光催化材料之一
。
但目前市面上的纯纳米
ZnO
在应用过程中均存在一定的性能提升空间
。
石墨烯由于其独特的二维蜂窝晶格和大表面积
(
理论表面积为
2630m/g)
和丰富的表面基团
(
吸附气体分子
)
，还原氧化石墨烯
(rGO)
已成为复合材料制备中理想的碳质材料选择
。ZnO/rGO
异质结基于金属氧化物
/
石墨烯或其衍生物的复合材料，用
n
型金属氧化物装饰石墨烯片可以导致
p
‑
n
结的形成，由此产生的新型纳米结构可能表现出远远优于单个材料的性能
。
但
ZnO/rGO
异质结对比纯
ZnO
在特性领域
(
如光催化
、
气敏等
)
中应用性能提升的原因尚不可知
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法及装置
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，包括：
[0006]构建
ZnO/rGO
异质结模型；
[0007]采用密度泛函理论
DFT
模拟气体在
ZnO/rGO
异质结模型表面吸附行为
。
[0008]进一步地，所述构建
ZnO/rGO
异质结模型包括：
[0009]ZnO
和石墨稀晶体模型的建立；
[0010]对所述
ZnO
和石墨稀晶体模型进行切面得
ZnO
面和石墨烯面，在石墨烯面上去掉1个碳原子和添加1个羧基和羟基得
rGO
晶面；
[0011]叠加
ZnO
面和
rGO
晶面，得到
ZnO/rGO
异质结模型
[0012]进一步地，所述
ZnO
和石墨稀晶体模型为
42
和
28
个原子组成的超晶胞
。
[0013]进一步地，所述
ZnO/rGO
异质结模型为
54
个原子组成周期性晶体模型
。
[0014]进一步地，所有几何模型均是是通过
Materials studio
软件的
CASTEP
模块进行模拟，设置平面波剪切能
340eV
，
K
‑
point
为4×4×2，晶胞整体能级优于最小为2×
10
‑6eV/atom
，且选取广义梯度近似
GGA/PBE
函数作为交换相关函数，所有几何模型均优化，以获得稳态结构；所述几何模型包括
ZnO、
石墨稀
、ZnO
面
、
石墨烯面
、ZnO/rGO
异质结模型
。
[0015]进一步地，所述
ZnO
几何模型优化后尺寸为其中为长度计量单位，比纳米小一个数量级，模型构建均采用的真空层
。
[0016]进一步地，所述对
ZnO
和多层石墨稀晶体模型进行切面得
ZnO
面和石墨烯面，包括：
[0017]对
ZnO
进行切面，切面设置参数为
U(
‑
120)
，
V(
‑3‑
10)
，得到
ZnO
面；所述
ZnO
面尺寸为
[0018]对石墨烯进行切面，设置参数为
U(
‑
130)
，
V(
‑4‑
10)
，得到石墨烯面；所述石墨烯面尺寸为
[0019]其中，为长度计量单位，比纳米小一个数量级
。
[0020]进一步地，所述
ZnO/rGO
异质结模型尺寸为其中为长度计量单位，比纳米小一个数量级
。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟装置，包括存储器
、
处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一所述方法的步骤
。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤
。
[0023]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0024]本专利技术通过构建
ZnO/rGO
异质结模型，利用密度泛函理论
DFT
模拟气体分子在
ZnO/rGO
异质结表面的吸附行为，计算得材料表面气体分子的吸附能力，为材料构建及后期应用提出有效的理论参考依据，可大大缩短实验周期，预测在特定应用领域
(
如光催化
、
气敏等
)
的实验效果，减少不必要的实验成本，有效的提升实验效果
。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1提供的
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法的流程图；
[0026]图2是优化后的
ZnO
晶体模型；
[0027]图3是
ZnO(002)
面优化后的晶体模型；
[0028]图4是还原氧化石墨烯优化后的晶体模型；
[0029]图5是
ZnO/rGO
异质结晶体模型；
[0030]图6是丙酮分子在...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，其特在于，包括：构建
ZnO/rGO
异质结模型；采用密度泛函理论
DFT
模拟气体在
ZnO/rGO
异质结模型表面吸附行为
。2.
如权利要求1所述的评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，其特在于，所述构建
ZnO/rGO
异质结模型包括：
ZnO
和石墨稀晶体模型的建立；对所述
ZnO
和石墨稀晶体模型进行切面得
ZnO
面和石墨烯面，在石墨烯面上去掉1个碳原子和添加1个羧基和羟基得
rGO
晶面；叠加
ZnO
面和
rGO
晶面，得到
ZnO/rGO
异质结模型
。3.
如权利要求2所述的评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，其特在于，所述
ZnO
和石墨稀晶体模型为
42
和
28
个原子组成的超晶胞
。4.
如权利要求2所述的评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，其特在于，所述
ZnO/rGO
异质结模型为
54
个原子组成周期性晶体模型
。5.
如权利要求2所述的评估
ZnO/rGO
异质结气体吸附能力的模拟方法，其特在于，所有几何模型均是通过
Materials studio
软件的
CASTEP
模块进行模拟，设置平面波剪切能
340eV
，
K
‑
point
为4×4×2，晶胞整体能级优于最小为2×
10
‑6eV/atom
，且选取广义梯度近似
GGA/PBE
函数作为交换相关函数，所有几...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海信，邹丽丽，伊翔，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：