Сборник научных трудов Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології 2020, том 18, выпуск 3
Русский English Украинский
Получить статью →
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов
Поиск →
Расширенный поиск

Выпуски

 / 

2020

 / 

том 18 / 

выпуск 3

 


Скачать полную версию статьи (в PDF формате)

M. V. Kovalenko, O. V. Bovgyra, V. Ye. Dzikovskyi, R. V. Bovhyra
«Electronic Structure of Nanoporous Zinc Oxide»
727–741 (2020)

PACS numbers: 61.43.Bn, 61.48.-c, 62.23.St, 71.15.Dx, 71.15.Mb, 71.20.Nr, 82.75.Fq

Нанопоруваті фази або поліморфи — це різноманітні структури неорганічних твердих тіл, що мають зазвичай один і той же склад, що й об’ємний кристал, і різні властивості та можливості застосування. Тому синтеза чи то прогнозування нових класів нанопоруватих структур для певної сполуки мають велике значення та набувають значного інтересу. Зважаючи на таке, в межах теорії функціонала густини з Габбардовими поправками на Кулонову взаємодію (метода GGA + U) з використанням підходу «знизу вгору» проведено теоретичне передбачення нанопоруватих фаз низької щільности на основі фуллереноподібних нанокластерів ZnO, зокрема цеолітоподібних структур SOD, LTA та FAU. Встановлено структурні параметри для трьох нових нанопоруватих фаз (CAN, LOS і FRA), які можуть розширити сімейство нанопоруватих фаз ZnO. Всі нові нанофази можна класифікувати як неорганічні матеріяли з відкритим каркасом (подібно до алюмосилікатних цеолітів). Встановлено особливості електронного спектру нових нанофаз і показано, що електронні властивості окремих складових частин зберігаються й у складеній нанопоруватій фазі. Дослідження показує, що всі нанопоруваті фази є напівпровідниковими матеріялами з забороненою зоною, ширшою, ніж у об’ємного кристалу ZnO. Порожниста будова складових частин нанопоруватих фаз приводить до їхньої високої пружности та гнучкости в порівнянні з кристалічними аналогами. Нанопоруваті фази, якщо їх синтезувати, надають можливості для леґування різного роду домішками з метою керованої зміни їхньої електронної структури. Також синтеза таких нанофаз уможливить використовувати їх для гетерогенної каталізи, молекулярного транспорту тощо. Таким чином, висновки, одержані в даній роботі, є корисними для подальшого розширення спектру властивостей і можливостей застосування матеріялів на основі ZnO.

Keywords: ZnO, nanoporous phase, electronic properties, DFT, Hubbard corrections, band gap


References
 1. M. Willander, Zinc Oxide Nanostructures: Advances and Applications (Singapore:Pan Stanford Publisher: 2014).
2. Y. B. Hahn, Korean J. Chem. Eng., 28, No. 9: 1797 (2011); https://doi.org/10.1007/s11814-011-0213-3.
3. A. Kolodziejczak-Radzimska and M. Jesionowski, Materials, 7: 2833 (2014); https://doi.org/10.3390/ma7042833.
4. J. Carrasco, F. Illas, and S. T. Bromley, Phys. Rev. Lett., 99: 235502 (2007); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.235502.
5. M. Woodley and R. Catlow, R. Nat. Mater., 7: 937 (2008); https://doi.org/10.1038/nmat2321.
6. S. M. Woodley, M. B. Watkins, A. A. Sokol, S. A. Shevlin, andC. R. A. Catlow, Phys. Chem. Chem. Phys., 11: 3176 (2009); https://doi.org/10.1039/b902600b.
7. Y. Yong, B. Song, and P. He, J. Phys. Chem. C, 115: 6455 (2011); https://doi.org/10.1021/jp200780k.
8. Z. Liu, X. Wang, J. Cai, G. Liu, P. Zhou, K. Wang, and H. Zhu, J. Phys.Chem. C, 117: 17633 (2013); https://doi.org/10.1021/jp405084r.
9. P. Guo, J. Shin, A. Greenaway, J. Gi Min, J. Su, H. J. Choi, L. Liu,P. A. Cox, S. B. Hong, P. Wright A, and X. Zou, Nature, 524: 74 (2015); https://doi.org/10.1038/nature14575.
10. W. J. Roth, P. Nachtigall, R. E. Morris, P. S. Wheatley, V. R. Seymour,S. E. Ashbrook, P. Chlubna, L. Grajciar, M. Polozij, A. Zukal, O. Shvets,and J. Cejka, Nature Chemistry, 5: 628 (2013); https://doi.org/10.1038/nchem.1662.
11. Ch. Baerlocher and L.B. McCusker, Database of Zeolite Structures, http://www.izastructure.org/databases/.
12. I. Demiroglu, S. Tosoni, F. Illas, and S. T. Bromley, Nanoscale, 6: 1181(2014); https://doi.org/10.1039/C3NR04028C.
13. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme et al., J. Phys. Condens. Matter, 29:465901 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa8f79.
14. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 77: 3865 (1996); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865.
15. H. J. Monkhorst and J. D. Pack, Phys. Rev. B, 13: 5188 (1971); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188.
16. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B, 41: 7892 (1990); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.7892.
17. M. Cococcioni and S. de Gironcoli, Phys. Rev. B, 71: 035105 (2005); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.035105.
18. O. V. Bovgyra and M. V. Kovalenko, 2015 International Young ScientistsForum on Applied Physics (YSF) (Dnipropetrovsk, 2015), p. 1; https://doi.org/10.1109/YSF.2015.7333157.
19. O. V. Bovgyra and M. V. Kovalenko, J. Nano- Electron. Phys., 8: 2031(2016); https://doi.org/10.21272/jnep.8(2).02031.740 М. В. КОВAЛЕНКО, О. В. БОВГИРA, В. Є. ДЗІКОВСЬКИЙ, Р. В. БОВГИРA
20. O. Bovgyra, M. Kovalenko, R. Bovhyra, and V. Dzikovskyi, J. Phys. Stud.,23: 4301 (2019); https://doi.org/10.30970/jps.23.4301.
21. R. Bovhyra, D. Popovych, O. Bovgyra, and A. Serednytsky, Applied Nano-science, 9, No. 5: (1967); https://doi.org/10.1007/s13204-018-0706-z.
22. O. Bovgyra, M. Kovalenko, V. Dzikovskyi, and M. Moroz, 2019 IEEE 2ndUkraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON),(Lviv, Ukraine, 2019), p. 726; https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8879928.
23. A. Mang, K. Reimann, and St. Rubenacke, Solid State Commun., 94: 251(1995); https://doi.org/10.1016/0038-1098(95)00054-2.
24. C. G. Broyden, IMA Journal of Applied Mathematics, 6, Iss. 3: 222 (Sep-tember 1970); https://doi.org/10.1093/imamat/6.3.222.
25. R. Fletcher, Comput. J., 13: 317 (1970); https://doi.org/10.1093/comjnl/13.3.317.
26. D. Goldfarb, Math. Comput., 24: 23 (1970); https://doi.org/10.1090/S0025-5718-1970-0258249-6.
27. D. F. Shanno, Math. Comput., 24: 647 (1970); https://doi.org/10.1090/S0025-5718-1970-0274029-X.
28. V. N. Tuoc, T. D. Huan, N. V. Minh, and N. T. Thao, J. Phys.: Conf. Ser.,726: 012022 (2016); https://doi.org/10.1088/1742-6596/726/1/012022.
29. U. Seetawan, S. Jugsujinda, T. Seetawan, A. Ratchasin, C. Euvananont,C. Junin, C. Thanachayanont, and P. Chainaronk, Mater. Sci. Appl., 2: 1302(2011); https://doi.org/10.4236/msa.2011.29176.
30. S. D. Birajdar, P. P. Khirade, V. Bhagwat, A. V. Humbe, K. Jadhav, J. All.Comp., 683: 513 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.043.
31. W. Go?pel, J. Pollmann, I. Ivanov, and B. Reihl, Phys. Rev. B, 26: 3144(1982); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.26.3144.
32. X. Ma, Y. Wu, Y. Lv, and Y. Zhu, J. Phys. Chem. C, 117: 26029 (2013); https://doi.org/10.1021/jp407281x.
33. H. Dixit, R. Saniz, D. Lamoen, and B. Partoens, J. Phys.: Condens. Matter,22: 125505 (2010); https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/12/125505.
34. J. A. Sans, A. Segura, F. J. Manjon, B. Mari, A. Munoz, and M. J. Herrera-Cabrera, Microelectron. J., 36: 928 (2005); https://doi.org/10.1016/j.mejo.2005.05.010.
35. S. J. Chen, Y. C. Liu, C. L. Shao, C. S. Xu, Y. X. Liu, L. Wang, B. B. Liu,and G. T. Zou, J. Appl. Phys., 98: 106106 (2005); https://doi.org/10.1063/1.2177928.
36. R. A. Powell, W. E. Spicer, and J. C. McMenamin, Phys. Rev. Lett., 27: 97(1971); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.97.
37. C. J. Vesely, R. L. Hengehold, and D. W. Langer, Phys. Rev. B, 5: 2296(1972); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.5.2296.
Creative Commons License
Все статьи доступны по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная
©2003—2021 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.
Электронная почта: tatar@imp.kiev.ua Телефоны и адрес редакции О сборнике Пользовательское соглашение