Ab initio study of the effects of Ag/Mn doping on the electronic structure of LiFePO_4

Based on density functional theory (DFT) of the first-principle for the cathode materials of lithium ion battery, the electronic structures of Li(Fe1-xMex)PO4 (Me = Ag/Mn, x = 0―0.40) are calculated by plane wave pseudo-potential method using Cambridge serial total energy package (CASTEP) program. The calculated results show that the Fermi level of mixed atoms Fe1-xAgx moves into its conduction bands (CBs) due to the Ag doping. The Li(Fe1-xAgx)PO4 system displays the periodic direct semiconductor characteristic with the increase of Ag-doped concentration. However, for Fe1-xMnx mixed atoms, the Fermi level is pined at the bottom of conduction bands (CBs), which is ascribed to the interaction be-tween Mn(3d) electrons and Fe(4s) electrons. The intensity of the partial density of states (PDOS) near the bottom of CBs becomes stronger with the increase of Mn-doped concentration. The Fermi energy of the Li(Fe1-xMnx)PO4 reaches maximum at x = 0.25, which is consistent with the experimental value of x = 0.20. The whole conduction property of Mn-doped LiFePO4 is superior to that of Ag-doped LiFePO4 cathode material, but the structural stability is reverse.     

硫化铜矿物电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算黄铜矿、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿的电子结构性质,并讨论硫化铜矿物电子结构与其可浮性之间的关系.利用费米能级讨论不同硫化铜矿物参与化学反应的活性位置及其与黄药作用生成不同产物的原因.计算结果表明:黄铜矿禁带宽度为0.99 eV,属于直接带隙p型半导体,而辉铜矿、铜蓝、斑铜矿则为导体.前线轨道计算结果能够很好地解释4种硫化铜矿物氧化性差异.为进一步认清硫化铜矿物可浮性的差异及硫化铜矿物新药剂开发提供理论参考.     

Ba（Ti1-xHfx）O3的电子结构及光学性能的第一性原理研究

利用第一性原理赝势方法和剪刀近似操作计算了Ba（Ti 1-x Hf x ）O 3（x=0,0.125,0.5,0.75）的电子能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,随着Hf掺杂量的增加,Ba（Ti1-xHfx）O3结构发生扭曲的程度越来越严重,导致带隙发生变化,介电常数减小,降低了Ba（Ti 1-x Hf x ）O 3的绝缘性能,反射率有了很大程度的变化,折射率也在降低,这使Ba（Ti 1-x Hf x ）O 3在制作光学元器件时扩大了使用范围.     

基于第一性原理对U3O8 的磁性和动力学性质的研究

基于第一性原理的密度泛函理论, 分别用(GGA) 和GGA+U方法对U₃O₈ 的磁性和动力学性质做了一定的研究,此外,在研究磁性的过程中,GGA+ U+ SO方法也被考虑其中. 优化得到的不同磁性态下的晶格参数和能量均与实验值吻合的非常好. 用铁磁和反铁磁下的能量差, E = E_AFM- E_FM, 作为磁性判断的一个标准, 计算发现U₃O₈的顺磁态为其基态. 对于动力学性质的研究, 不同于以往研究所采用的D_3d³点群, 本文采用C_2v晶体点群, 对U₃O₈的光谱属性重新进行归属和更正, 得到了与实验值基本一致的结果.     

BN纳米带几何结构和电子性质第一性原理研究

本文采用第一性原理研究了不同带宽下BN纳米带的几何结构与电子性质。研究结果表明：随着带宽的增大,BN纳米带边缘发生形变,键角增大,B-B键键长增大,当带宽约为1.7nm时,B-B键发生断裂;电子性质研究表明：随带宽减小,最高占据轨道(HOMO)/最低非占据轨道(LUMO)能隙减小。对电子态密度(DOS)及赝能隙分析表明：BN纳米带带宽越小在费米能级处DOS越大,且赝能隙越小,这和GNR比较相似,说明BN纳米带越窄电子越容易从价带向导带跃迁。     

稀土光谱参量的第一性原理研究

稀土离子光谱的参量化理论在目前及可预见的将来仍是精确解释和预言稀土发光材料光谱性质的唯一可行的理论,但其预言能力在没有实验数据的前提下因难以确定参量值而在应用上受到很大限制.人们先后尝试用参量的唯象模型方法或直接采用第一性原理进行光谱计算来解决,仅取得了有限的成功.参量化理论 (及其唯象模型) 和第一性原理计算相结合是...     

CaMnO_3和LaMnO_3的电子结构研究

密度泛函理论(DFT)方法通常难以处理强关联体系,而DFT+U方法的计算结果强烈地依赖于U的取值.利用一种混合了部分DFT交换关联势和非局域Hartree-Fock精确交换势的杂化泛函HSE方法,研究了钙钛矿锰氧化物的两个典型反铁磁绝缘体CaMnO3和LaMnO3的电子结构,分析了二者的能隙特征与Mn离子价态和磁有序态的关联.根据ZSA方案CaMnO3可划分为电荷转移型绝缘体.LaMnO3的能隙表现出各向异性特征,其中沿c轴方向及ab面内的自旋多数通道中能隙的Mott-Hubbard特征更为显著,而自旋少数通道显示出完全的电荷转移型特征.     

基于Fe/Ni共掺杂CdS的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算方法，研究Fe/Ni单（共）掺杂对CdS几何结构、电子结构和光学性质的影响. 结果表明，Fe/Ni单（共）掺杂使带隙发生窄化，（Fe，Ni）共掺杂使带隙中出现更多的杂质能级，这些杂质能级主要来自Fe 3d态、Ni 3d态和S 3p态电子相互间的杂化作用; （Fe，Ni）共掺杂远大于单掺杂CdS的光吸收强度，（Fe，Ni）共掺杂的协同作用可大幅度提高CdS对可见光的响应能力和光催化活性.     

NiAl金属间化合物力学性质的合金化效应

采用第一原理赝势平面波方法计算了NiAl超胞合金化的几何与力学性质结构,应用几个力学参数表征和评判了合金化元素对NiAl金属间化合物延/脆性及其硬度的影响.结果发现:Cr,Mn,Fe,Co和Cu合金化均可提高NiAl金属间化合物的硬度,其增加次序为:Mn>Co>Fe>Cr>Cu,但合金化元素含量过高(6.25at%),却使NiAl金属间化合物的延展性降低,其降低次序与硬度增加的次序相反.     

ZnO(0001)Zn极性面上不同单体生长动力学特性

通过第一性原理和密度泛函方法,计算了在富锌和富氧条件下形成的Zn原子、ZnO分子、Zn3O1和Zn1O3团簇等不同单体在ZnO(0001)Zn极性面上典型的纤锌矿和闪锌矿结构沉积位的系统总能及其扩散势垒和相互作用能.结果表明,Zn1O3和Zn3O1团簇以及Zn原子单体易于获得纤锌矿结构的ZnO,而ZnO分子的稳定性较弱且易于沉积于闪锌矿位；富锌条件形成的Zn3O1团簇单体或Zn原子单体,有利于在较低温度下获得均匀结构的晶体；Zn3O1团簇单体则会形成具有一定孔洞的单一相晶体,而Zn1O3单体易形成致密的晶体；以Zn原子、Zn1O1和Zn1O3团簇为单体的沉积更易于聚集,而ZnO分子则不利于成核.