• 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