O2在LiH晶体表面的吸附成键研究

用CASTEP软件包中的GGA/RPBE基组,采用平面波超软赝势方法,计算了O2分子在LiH表面的最佳吸附方式为穴位垂直吸附.由吸附前后的态密度(DOS)图可知,成键主要由LiH的s、p轨道和O的2p轨道杂化而成,偶合构成σ键;成键峰重叠性较强,且峰增宽.从计算的布居数看,Li原子与吸附的O原子之间有0.24个电子转移,吸附属于离子型;其吸附能为-48.3 kJ/mol,为化学吸附.结果显示,氧气的氧化腐蚀没有形成新的氧化物Li2O.     

钨酸钡电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,优化了晶胞的几何结构,计算了白钨矿结构的BaWO4基态的能带结构和电子结构;研究发现:BaWO4为直接带隙结构,带隙宽带为4.5 eV,费米面处的价带主要由W5p和O2p态上电子构成,导带主要是W5d和O2p;根据晶体场理论和分子轨道理论分析了钨酸钡晶体的分子轨道成键,其结果与计算得到的态密度图能较好吻合。关键词:     

对苯二甲酸-锌配合物的几何体态与电子结构

基于密度泛函理论,使用自洽投影缀加平面波方法,计算了对苯二甲酸 锌配合物(MOF-5)的体态几何与电子结构。经理论预测MOF 5是一种直接能隙半导体,价带极大值(VBM) 与导带极小值(CBM)都位于位于G(0, 0, 0)点,其直接能隙约为3.17eV,间接能隙约为3.18eV。通过对优化后的MOF-5晶体结构的分析,发现MOF-5晶体结构中的苯环沿着对位方向受到拉伸,同时沿着垂直于对位方向受到压缩,说明成键过程中对苯二甲酸分子的苯环发生了一定的变形。同时对优化后的MOF-5晶体进行总态密度图、分波态密度图及Mulliken电荷分析,发现Zn—O1键的键能大于Zn—O2键,Zn原子的4p轨道有电子分布,即Zn的s、p和d轨道均参与了成键。     

α-Al2O3(0001)表面电子结构的理论研究

采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法，在周期边界条件下的k空间中，对最外表面终止层为单层Al的α-Al2O3(0001)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究．通过分析表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化，表明表面能级分裂主要来自于O的2p轨道电子态变化，α-Al2O3(0001)表面明显地表现出O的表面态．通过电子局域函数图，进一步分析了表面成键与表面电子分布特性．     

S掺杂锐钛矿TiO_2电子结构的第一性原理研究

对完整锐钛矿TiO2晶体及S掺杂锐钛矿TiO2晶体电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过对能带、态密度的分析,发现在S掺杂后,O原子,S原子与Ti原子在导带区发生了强烈的相互关联作用,致使Ti原子3d轨道上的电子向S原子的3p轨道,O原子的2p轨道移动,使得导带向低能区移动,从而使TiO2的禁带宽度变小,吸收边红移.从而揭示了S掺杂导致锐钛矿TiO2晶体禁带宽度变小的机理.理论计算与实验结果基本相符.     

团簇Ti3B2自旋密度及磁性

采用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2DZ水平下,对团簇Ti3B2进行全参数优化计算。通过分析团簇Ti3B2的自旋密度分布及各轨道态密度发现:构型1(3)原子的自旋密度分布均匀,内部原子间成键强弱均匀,对称性好,稳定性最好;Ti原子为体系中未成对电子的主要贡献者;构型1(3)和2(5)中,p轨道对未成对电子的贡献较大,不可忽略;各轨道中未成对电子主要是由Ti-3d轨道贡献且其对团簇磁性起主要贡献作用。     

团簇Ti3Al3的电子性质及催化活性

通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。     

团簇Co3MoS磁学性质分析

为了探究Co-Mo-S体系磁性产生的作用机理,构造团簇Co3 MoS模型对Co-Mo-S体系的局域结构进行模拟,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/Lanl2dz水平下,利用Gaussian09软件对团簇Co3 MoS的磁学性质进行运算分析.具体通过对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数、磁矩、自旋密度差图、轨道态密度图这5个方面进行分析实现.对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数和态密度图分析发现,在d轨道上成单电子剩余和分布较多,并且在态密度图中d轨道在低能量和中能量区对称性相比s,p轨道较差,因而d轨道是磁性的主要贡献轨道,s和p轨道相比对团簇磁性贡献较小;对自旋磁矩和电子自旋密度差图分析发现,金属原子Co和Mo的磁矩变化幅度较大,并且自旋密度皆有剩余,因此Co和Mo是团簇内产生磁性的主要原子;从整体来看,非金属原子S对磁性影响不大.     

团簇Sc3BP的成键方式及磁学性质

基于B3LYP/Lanl2dz水平对团簇Sc_3BP的6种优化构型成键方式和磁学性质进行研究。通过对各优化构型的总态密度、分波态密度、轨道未成对电子数、磁矩及自旋态密度等的分析,结果表明:B-P键的形成是由B—2s和P—3s轨道的s-s杂化导致的,Sc-P、Sc-B键的形成有三种杂化方式:s-d-p-p杂化、s-p-d-p-p杂化和s-d-s-pp杂化。Sc—3d态和Sc—3p态密度存在交叉重叠,形成d-p强杂化作用。构型越相似,态密度分布及在各处的贡献就越相近。s、p、d轨道中成单电子对团簇的磁性都有贡献,其中Sc—3d轨道是主要贡献者。非金属原子P的引入导致团簇磁性的下降。     

NaTaO3电子结构的第一性原理研究

在广义梯度近似 (GGA)下 ,利用全电势线性缀加平面波法 (FLAPW)计算了钽酸钠 (NaTaO3)的电子结构 .为了进一步理解原子间的相互作用 ;计算了NaTaO3的态密度、能带结构、电子密度 .通过对态密度的分析 ,发现在钽原子 3d电子和氧原子 2p电子之间存在强烈的轨道杂化 .对电子密度和能带的分析也得出同样的结论 .NaTaO3晶体中有两种电子相互作用 ,一种是钽原子和氧原子之间存在的共价相互作用 ,另一种是钠 (Na)和氧化钽 (TaO3)基团之间的离子相互作用     

脱锂态LixCoO2(0.5＜x＜1)的晶体结构

研究了随锂离子的脱出,锂离子电池正极材料LixCoO2(0.5＜x＜1)晶体结构的变化.对高温合成的LiCoO2用强氧化剂NaS2O8化学抽取锂离子,得到几种不同锂含量的脱锂态LixCoO2,并使用x射线衍射和电子衍射进行晶体结构分析.X射线衍射结果表明,在0.5＜x＜1范围内LixCoO2晶胞参数c发生变化.电子衍射结果表明,脱锂态的LixCoO2(0.5＜x＜1)中发生了x射线衍射检测不到的锂离子/空位有序排列的相变,从而使晶体结构显著变化,并给出了相应的晶体结构模型.相变在以LiCoO2为电极的电池充放电曲线上表现为电压平台.     

Tuning charge transport in solution-sheared organic semiconductors using lattice strain

Circuits based on organic semiconductors are being actively explored for flexible, transparent and low-cost electronic applications. But to realize such applications, the charge carrier mobilities of solution-processed organic semiconductors must be improved. For inorganic semiconductors, a general method of increasing charge carrier mobility is to introduce strain within the crystal lattice. Here we describe a solution-processing technique for organic semiconductors in which lattice strain is used to increase charge carrier mobilities by introducing greater electron orbital overlap between the component molecules. For organic semiconductors, the spacing between cofacially stacked, conjugated backbones (the π-π stacking distance) greatly influences electron orbital overlap and therefore mobility. Using our method to incrementally introduce lattice strain, we alter the π-π stacking distance of 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene) from 3.33?? to 3.08??. We believe that 3.08?? is the shortest π-π stacking distance that has been achieved in an organic semiconductor crystal lattice (although a π-π distance of 3.04?? has been achieved through intramolecular bonding). The positive charge carrier (hole) mobility in TIPS-pentacene transistors increased from 0.8?cm(2)?V(-1)?s(-1) for unstrained films to a high mobility of 4.6?cm(2)?V(-1)?s(-1) for a strained film. Using solution processing to modify molecular packing through lattice strain should aid the development of high-performance, low-cost organic semiconducting devices.     

OⅡ空位对PbTiO3晶体影响的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下,利用超软赝势(USP)对理想PbTiO3晶体(以下简称理想晶体)和OⅡ空位PbTiO3晶体(以下简称OⅡ晶体)的电子云重叠布局数、态密度和能带分布等进行自洽计算.结果显示:OⅡ晶体与理想晶体相比能带向低能方向移动,而且在费米面附近O原子的2p轨道和Ti原子的3d轨道存在明显杂化,这种杂化是PbTiO3晶体保持铁电性的主要原因.氧空位使OⅠ空位PbTiO3晶体(以下简称OⅠ晶体)的氧八面体发生畸变[1],但并没有改变OⅡ晶体的结构,说明OⅡ晶体结构更加稳定.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型，  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移； 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移； S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型,  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移; 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移; S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

锂离子电池负极材料Li2.5Cu0.5N的Li脱嵌性质

使用基于平面波展开的第一原理赝势法,计算了锂离子电池非碳基负极材料Li2.5Cu0.5N在各种脱锂量下的Li脱嵌形成能以及相应的体积变化,讨论了脱锂前后材料的电荷密度,电子状态密度等电子性质.计算表明,Li2.5Cu0.5N晶体中LiN层的锂的脱出能要比LiCu层的锂小得多,即LiN层中的锂更容易脱嵌.结果还表明,各种脱锂量的Li脱嵌能大致在-2.72～-4.08 eV/Li之间.当脱锂量小于30%,材料的体积变化较小,随着脱锂量的增大,材料的体积变化较大.     

Effects of doping FeCl3 on hydrogen storage properties of Li-N-H system

The effects of doping FeCl_3 on the LiNH_2-2LiH system were investigated systematically. FeCl_3 was prior to react with LiH during ball milling their mixtures. The metallic Fe, which is generated from metathesis reaction between FeCl_3 and LiH, plays an important role on improving the dehydrogenation kinetics of LiNH_2-2LiH system. The results indicated that the dehydrogenation peak and ending temperatures of the doped 1 mol%FeCl_3 sample shifted to low temperatures, and the dehydrogenation active energy changed from 102.45 k J/mol to 87.52 k J/mol. While increasing the amount of FeCl_3, an excess of LiCl, the by-product of metathesis reaction between FeCl_3 and Li H, can stabilize LiNH_2 and thus hinder hydrogen desorption. The dehydrogenation product is a new solid cubic phase solution of lithium imide-chloride. The high limit of the solid solution of LiCl and Li_2NH is near the molar ratio of 1:1.     

含氧空位的CaMoO_4晶体电子结构和光学性质的研究

用CASTEP软件包对含氧空位的CaMoO4(CMO)晶体进行了结构优化,计算了含氧空位的CaMoO4(CMO)晶体和完整CMO晶体偏振光的电子结构、介电函数和吸收光谱.计算表明,CMO晶体光学性质表现出各向异性,且其对称性与晶格结构几何对称性一致.计算得到的吸收光谱表明,完整的CMO晶体在可见光和近紫外线范围内不出现吸收带,而含氧空位的CMO晶体的吸收光谱却在1.84 eV(673 nm)处出现一个峰.CMO晶体中680 nm的吸收带的出现与CMO晶体中氧空位的存在相关.