Co和Ag掺杂对TiO2的改性作用研究

利用基于密度泛函理论和平面波赝势的第一性原理计算方法,研究Co和Ag分别掺杂金红石型TiO2的电子结构与磁性能.结果表明,Co原子掺杂TiO2后,掺杂原子沿c轴排列时体系最稳定,同时表现出铁磁性.Ag和Co的掺杂都对TiO2的能带结构产生影响,从而减小了带隙.研究结果可望用于优化设计具有稀磁半导特性和可见光催化特性的复合功能材料.     

Y-Nb共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果 Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O 2p态、Ti 3d和Y 3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论 Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

Y-Nb共掺杂金红石型Ti02电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O2p态、Ti3d和Y3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

钴掺杂对二氧化钛晶粒尺寸及相变的影响

通过溶胶凝胶法制备了纯Ti O_2与不同Co浓度掺杂的Ti O_2纳米粉体,并对样品进行了450、550、650℃保温2 h的热处理.采用X射线衍射仪对制得的纳米粉体进行了晶体结构表征,研究了热处理温度以及Co掺杂浓度对Ti O_2晶粒尺寸以及锐钛矿金红石相变的影响.结果表明:纯Ti O_2与Co-Ti O_2在450℃时为单一的锐钛矿;550℃时,纯Ti O_2有微量金红石生成,Co-Ti O_2仍然全部为锐钛矿;650℃时纯Ti O_2大部分转变为金红石,当Co掺杂量较低时,Co能促进锐钛矿相向金红石相的转变,而当掺杂浓度为8%时,Co抑制锐钛矿相向金红石相的转变;热处理温度升高以及Co掺杂浓度增加有利于Co Ti O_3相的生成,相同温度下,Co掺杂后Ti O_2晶粒尺寸减小.     

碳掺杂对二氧化钛电子能带结构影响的研究进展

TiO2具有良好的光催化活性、化学性质稳定等特点,引起了人们的广泛关注.介绍了碳掺杂对TiO2电子能带结构影响的研究进展,分别就碳掺杂锐钛矿型和金红石型TiO2的电子能带结构的改变进行了较详细的综述.     

Ru:LiNb03晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

对Ru:LiNbO3晶体基态的几何结构、电子结构和光学特性等进行了系统的研究.基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面渡超软赝势方法,时Ru:LiNbO3基态平衡时的几何参量、内部坐标进行了优化计算,且计算出能带结构和态密度分布,并分析了不同原子对能带结构的影响.对光学性质进行计算,得出Ru:LiNbOa的介电函数以及吸收谱,理论结果与实验符合得很好.本研究为向LiNb03晶体中掺Ru和进行含Ru的双掺杂提供了理论依据.     

Ru：LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

对Ru：LiNbO3晶体基态的几何结构、电子结构和光学特性等进行了系统的研究．基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对Ru：LiNbO2基态平衡时的几何参量、内部坐标进行了优化计算,且计算出能带结构和态密度分布,并分析了不同原子对能带结构的影响．对光学性质进行计算,得出Ru：LiNbO3的介电函数以及吸收谱,理论结果与实验符合得很好．本研究为向LiNbO3晶体中掺Ru和进行含Ru的双掺杂提供了理论依据．     

Ru2Si3电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法系统地计算了正交相Ru2Si3的电子结构、态密度和光学性质, 计算结果表明Ru2Si3是一种直接带隙半导体, 禁带宽度为0.51 eV; 其能态密度主要由Ru的4d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定; 静态介电函数ε1（0）＝16.83; 折射率n0＝4.1025; 吸收系数最大峰值为2.8×105 cm-1; 并利用计算的能带结构和态密度分析了Ru2Si3材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质, 为Ru2Si3光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Zr 掺杂对锐钛矿型TiO2 电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了Zr 掺杂对锐钛矿型TiO₂ 电子结构和光学性质的影响, 计算了Zr 掺杂前后锐钛矿型TiO₂ 的电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质, 定性地分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化. 研究结果表明: Zr 掺杂锐钛矿型TiO₂, 导致带隙减小, 掺杂后在360~400nm 附近的光吸收系数增大, TiO₂ 的吸收带产生红移, 增强了TiO₂ 的光催化活性, 理论与实验结果 一致.     

TiO_2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的赝势方法对锐钛矿、金红石和萤石结构的TiO2进行模拟,研究了锐钛矿结构、金红石结构和萤石结构TiO2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量B0和体弹模量对压强的一阶导数B0′。对模型进行结构优化后,应用第一性原理方法比较分析了三种晶型TiO2的电子结构,研究了其能带和态密度的分布情况,得出TiO2的价带主要是由O的2p态贡献的,导带主要是由Ti的3d态贡献的。得到三种晶型的禁带宽度,其中萤石结构的禁带宽度远小于金红石结构和锐钛矿结构,可以预计萤石TiO2光谱的吸收范围扩大,光催化性能会相应有所提高。     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现:R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现：R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

Challenges in band alignment between semiconducting materials:A case of rutile and anatase TiO_2

This topical review focuses on the recently active debate on the band alignment between two polymorphs of TiO_2,rutile and anatase.A summary is given to the popular methods for measurement and calculation of band alignment between materials.We point out,through examination of recently experimental and theoretical reports,that the outstanding discrepancy in the band alignment between two Ti02 phases is attributed to factors that influence band alignment rather than needs a definite answer of which band alignment is right.According to an important factor,the presence of an interface,a new classification of band alignment is proposed as the coupled and intrinsic band alignments.This classification indeed reveals that the rutile/anatase interface can qualitatively change the type of their band alignment.However,further systematic information of the interface and other factors that influence band alignment will be needed to better understand changes in energy bands of materials.The results obtained from discussion of the band alignment between rutile and anatase may also work for the band alignment between other semiconductors.     

用于高性能超级电容器的基于蚕沙的二氧化锰/碳纳米复合材料

MnO₂/biomass carbon nanocomposite was synthesized by a facile hydrothermal reaction. Silkworm excrement acted as a carbon precursor, which was activated by ZnCl₂ and FeCl₃ combining chemical agents under Ar atmosphere. Thin and flower-like MnO₂ nanowires were in-situ anchored on the surface of the biomass carbon. The biomass carbon not only offered high conductivity and good structural stability but also relieved the large volume expansion during the charge/discharge process. The obtained MnO₂/biomass carbon nanocomposite electrode exhibited a high specific capacitance (238 F·g?1 at 0.5 A·g?1) and a superior cycling stability with only 7% degradation after 2000 cycles. The observed good electrochemical performance is accredited to the materials’ high specific surface area, multilevel hierarchical structure, and good conductivity. This study proposes a promising method that utilizes biological waste and broadens MnO₂-based electrode material application for next-generation energy storage and conversion devices.     

双核金属钌羰基-亚硝基配位化合物Ru2（NO）2（CO）n（n=8,7,6,5）的量子化学计算

采用BP86和MPW1PW91两种密度泛函理论方法对双核金属钌羰基-亚硝基配位化合物Ru2(NO)2(CO)n(n=8,7,6,5)进行了量子化学理论计算,优化后得到了19个单态和三态异构体,讨论了它们的结构和键的性质。得到的Ru2(NO)2(CO)8,Ru2(NO)2(CO)7,Ru2(NO)2(CO)6和Ru2(NO)2(CO)5的基态分别是C2v,C1,C2v和C1构型的单态。将Ru2(NO)2(CO)n(n=7,6,5)与同族铁的配合物Fe2(NO)2(CO)n(n=7,6,5)进行比较,发现二者的稳定构型特点不一致。     

双核金属钌羰基-亚硝基配位化合物Ru_2（NO）_2（CO）_n（n=8,7,6,5）的量子化学计算

采用BP86和MPW1PW91两种密度泛函理论方法对双核金属钌羰基-亚硝基配位化合物Ru2（NO）2（CO）n（n=8,7,6,5）进行了量子化学理论计算,优化后得到了19个单态和三态异构体,讨论了它们的结构和键的性质。得到的Ru2（NO）2（CO）8,Ru2（NO）2（CO）7,Ru2（NO）2（CO）6和Ru2（NO）2（CO）5的基态分别是C2v,C1,C2v和C1构型的单态。将Ru2（NO）2（CO）n（n=7,6,5）与同族铁的配合物Fe2（NO）2（CO）n（n=7,6,5）进行比较,发现二者的稳定构型特点不一致。