شماره مدرك
21347
شماره راهنما
18272
پديد آورنده
مدرس نيا، زهرا
عنوان
بررسي ساختار ناهمگون SiI2/GeI2 در فرايند شكافت فوتوكاتاليستي آب
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
فيزيك ماده چگال محاسباتي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
پانزده، 118ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
هيدروژن , شكافت آب , فوتوكاتاليستهاي دوبعدي , ساختار ناهمگون دوبعدي-دوبعدي , نظريه تابعي چگالي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/26
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
فيزيك
دانشكده
فيزيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/29
كد ايرانداك
23254551
چكيده فارسي
با توجه به افزايش روزافزون نياز به انرژيهاي پاك و تجديد پذير و كمبود منابع سوختهاي فسيلي، هيدروژن بهعنوان يك حامل انرژي تجديدپذير و دوستدار محيط زيست مورد توجه قرار گرفتهاست. توليد هيدروژن از طريق شكافت آب، به ويژه با استفاده از مواد فوتوكاتاليستي دوبعدي، يك مسير مؤثر و پايدار براي تأمين انرژي پاك محسوب ميشود. اما عملكرد اين فرايند به شدت به خواص الكتروني، ساختاري و فوتوكاتاليستي مواد مورد استفاده بستگي دارد. در سالهاي اخير، ساختارهاي ناهمگون دوبعدي–دوبعدي بهعنوان نسل جديد فوتوكاتاليستها معرفي شدهاند كه بر اساس نحوه همترازي نوارهاي انرژي به سه نوع اصلي نوع اول ، نوع دوم و نوع طرحZ تقسيم ميشوند و هر يك رفتار انتقال بار متفاوتي را ايجاد ميكنند.
در اين پژوهش، تكلايههاي دوبعدي SiI2 و GeI2 و ساختارهاي ناهمگون دوبعدي-دوبعدي حاصل از تركيب آنها بهصورت SiI2/GeI2 مورد بررسي قرار گرفتهاند. هدف اصلي اين پروژه، تحليل ويژگيهاي ساختاري، پايداري ترموديناميكي و ديناميكي، خواص الكتروني و قابليت اين مواد براي جداسازي مؤثر حاملهاي بار و بهبود عملكرد شكافت آب است. براي اين منظور، از روش نظريه تابعي چگالي (DFT) با تصحيح واندروالس DFT-D3 و تابع هيبريدي HSE06 استفاده شده است تا اطلاعات دقيقي درباره گاف انرژي، موقعيت نوارهاي رسانش و ظرفيت و چگالي حالتها به دست آيد. نتايج نشان ميدهد كه تكلايههاي SiI2 و GeI2 نيمهرساناهاي پايدار با گاف انرژي مناسب براي انجام واكنشهاي فوتوكاتاليستي هستند. تحليل همترازي نوارها در ساختار ناهمگون دوبعدي-دوبعدي SiI2/GeI2 نشان ميدهد، اين ساختار ناهمگون دوبعدي-دوبعدي نوع اول است كه در آن لبههاي نوار رسانش و ظرفيت در ساختار ناهمگون در يك لايه قرار ميگيرند. بررسي ساختار نواري و چگالي حالتها نشاندهنده حفظ ويژگيهاي نيمهرسانايي و ايجاد همترازي مناسب نوارهاي رسانش و ظرفيت نسبت به پتانسيل اكسايش و كاهش آب براي كاربردهاي فوتوكاتاليستي است.
چكيده انگليسي
With the rapidly increasing demand for clean and renewable energy sources and the depletion of fossil fuel reserves, hydrogen has attracted considerable attention as an environmentally friendly and renewable energy carrier. Hydrogen production via water splitting, particularly through the use of two-dimensional photocatalytic materials, is considered an efficient and sustainable pathway for clean energy generation. However, the efficiency of this process strongly depends on the electronic, structural, and photocatalytic properties of the employed materials.
In recent years, 2D–2D heterostructures have been introduced as a new generation of photocatalysts, which are generally classified into three main types, Type-I, Type-II, and Z-scheme, based on their band alignment, each exhibiting distinct charge-transfer mechanisms. In this study, the 2D monolayers of SiI2 and GeI2, as well as their corresponding 2D–2D heterostructure GeI2/SiI2, were systematically investigated. The primary objective of this work is to analyze the structural characteristics, thermodynamic and dynamical stability, electronic properties, and the potential of these materials for effective charge-carrier separation to enhance the efficiency of photocatalytic water splitting.
To this end, density functional theory (DFT) calculations incorporating van der Waals corrections (DFT-D3) and the hybrid HSE06 functional were employed to obtain accurate information on the band gap, band-edge positions, and density of states. The results indicate that both SiI2 and GeI2 monolayers were stable semiconductors with suitable band gaps for photocatalytic reactions. The band alignment analysis of the (GeI2/SiI2) 2D–2D heterostructure reveals a Type-I band alignment, in which both the conduction band minimum and valence band maximum are localized within the same layer. Furthermore, the band structure and density of states analyses demonstrate the preservation of semiconducting behavior and the establishment of appropriate band-edge alignment with respect to the water redox potentials, highlighting the potential applicability of this heterostructure in photocatalytic water-splitting processes.
استاد راهنما
اسماعيل عبدالحسيني سارسري
استاد مشاور
پيمان صاحب سرا
استاد داور
فرهاد فضيله , جواد هاشمي فر