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石墨炔(Graphyne)、类石墨烯单层氧化锌(ZnO)等二维纳米材料以其独特的电子结构和广泛的应用受到了科研工作者的普遍关注。二维材料范德瓦尔斯异质结的出现更是拓宽了其在纳电子及光电子等领域的应用。本文正是在这样的背景下,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对单层石墨炔、单层ZnO、ZnO/Graphyne异质结的电子结构进行了系统的分析,并探索了ZnO/Graphyne异质结在纳米电容器领域的应用。论文的主要研究内容和结论如下:首先,构建了单层ZnO和α、β、γ相石墨炔的理论模型,并对其进行了几何结构优化与能带结构分析。研究结果表明:单层ZnO的导带底和价带顶均位于布里渊区的Γ点,属于直接跃迁型能带结构,带隙为4.076e V;α和β相石墨炔均为零带隙半导体;γ相石墨炔的导带底和价带顶都位于布里渊区的M点,带隙值为0.452e V。其次,通过范德瓦尔斯力作用,分别构建了不同堆垛构型的ZnO/α-Graphyne、ZnO/β-Graphyne以及ZnO/γ-Graphyne的异质结,系统研究了外电场作用下异质结体系的稳定性、能带结构及电容特性。研究结果表明:(1)不同堆垛构型ZnO/Graphyne异质结体系的结合能均为负值,且体系的结合能随外电场的增加而减小,即外电场有助于ZnO/Graphyne异质结的稳定形成。(2)外电场可以有效调控ZnO/Graphyne异质结体系的带隙宽度。对异质结施加正负电场后,ZnO/α-Graphyne和ZnO/γ-Graphyne异质结的带隙宽度随着电场强度的增大而单调增大,但正负电场作用下带隙宽度的增长率不同。这是因为ZnO/α-Graphyne和ZnO/γ-Graphyne异质结体系中存在的自发极化现象使得带隙宽度对正负电场的响应不同。但是,对ZnO/β-Graphyne异质结而言,正负电场对其带隙的调控有不同的效应。正向电场作用下,ZnO/β-Graphyne异质结的带隙随着正向电场强度的增加而减小;负向电场作用下,体系的带隙随着负向电场强度的增加而增大。(3)层状堆垛的ZnO/Graphyne异质结由于ZnO层与Graphyne层之间的电荷转移,分别在上下层存储了大量的电荷。ZnO/α-Graphyne的比电容为4~69F/g,ZnO/β-Graphyne的比电容为5~81F/g,ZnO/γ-Graphyne的比电容为4~74F/g。这表明ZnO/Graphyne异质结在纳米电容器方面具有潜在应用,可以进行合适的电荷和能量存储。