二维AlxBy（x≤2，y≤6）的晶体结构、电子结构及物理化学性质的理论研究

It is necessary and significant to make a thorough, comprehensive and systematic study on two-dimensional (2D) aluminum borides due to their unique geometric structures, special physical and chemical properties and attractive application prospect. In this project, the geometries and properties of AlxBy (x≤2 and y≤6) will be comprehensively studied by using global crystal structure search method, density functional theory, lattice dynamics calculations, ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations and chemical bonding analysis tool. The global minimum and low-lying isomers can be obtained by relaxing the stochastic structures generated by crystal structure search program, the thermodynamic energy spectrum can be gained by sorting the total energy, and the strength of interatomic interactions can be obtained by calculating the cohesive energy and the formation energy. The stability prediction of lattice dynamics and AIMD will be investigated in detail in order to obtain the most stable structure and several metastable structures. Moreover, the nature of bond, stabilization mechanism and the relationship between structures and performances will be further illustrated by the electronic structures, physical and chemical properties and chemical bonding analysis. This project can provide the reliable theoretical guidance and valuable clues for experimental synthesis of novel two-dimensional aluminum borides.

二维铝硼化物因其独特的几何构型、奇异的物理化学特性以及诱人的应用前景，使得对其进行深入细致、全面系统的研究显得十分必要和重要。本项目拟综合运用全局晶体结构搜索、密度泛函理论、晶格动力学计算、分子动力学模拟以及化学键分析的方法和工具，系统深入研究二维AlxBy（x≤2，y≤6）的结构和性质。通过晶体结构搜索和优化，得到全局最低能量结构和几个低能异构体；通过总能量排序，获得不同异构体的热力学能量顺序谱；计算内聚能和形成能，获得原子间相互作用强度信息；通过稳定性预测，确定最稳定结构和几个亚稳结构；通过电子结构、物理化学性质及化学键分析研究，进一步揭示其成键本质、稳定化机制以及结构与性能之间的构效关系。为实验制备新型二维铝硼化物提供理论指导和有价值的线索。

新型二维功能材料的设计研发对基础研究和实际应用具有非凡的意义。本项目采用全局结构搜索、第一性原理计算、分子动力学模拟相结合的方法对几种二维AlBx纳米结构体系进行了深入探索，研究揭示Al和B是一对特殊的搭档，两者之间有特殊的相互作用，是构筑二维AlBx纳米结构的理想载体；在AlBx纳米体系中，其拓扑结构配位环境复杂多样，配位数可由四到九，AlBx纳米结构包含单个原子层厚度，两个原子层通过化学键堆叠而成，三明治构型或是多个原子层结构，有些结构在外界条件下可以相互转变；B的缺电子特性以及Al和B之间的电子转移使得AlBx倾向于形成配位复杂的结构，Al-B和B-B之间强化学键以稳定这些纳米结构；AlBx纳米结构绝大多数呈现金属性，极少数是半导体和超导体，在太阳能转换利用和纳米超导领域有潜在应用。本项目系列工作为相关领域研究者提供了有关二维铝硼纳米体系有价值的信息和认知，对新型二维材料的设计和制备具有重要的指导意义。

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