轻稀土掺杂TiO2(101)面的电子结构和光学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了轻稀土掺杂TiO2(101)面的电子结构和光学性质,并讨论了其内部的微观机制.研究结果表明:稀土掺杂TiO2(101)面时,掺杂原子诱导掺杂体系的价带顶和导带底出现了显著的不对称,掺杂体系形成了兼并型的P型或N型半导体.掺杂体系的价带和导带出现了明显的移动,平均带隙相比未掺杂体...     

Li原子修饰缺陷蓝磷单层储氢性能的第一性原理研究

本文基于第一性原理计算,系统地研究了碱金属Li原子修饰缺陷蓝磷单层体系的储氢性能. 研究结果表明,双空位缺陷DV2的引入可以有效增强Li原子与蓝磷单层间的相互作用,能够有效阻止单层表面Li团簇的形成. 单个Li原子可以稳定吸附3个H2分子,H2分子平均吸附能为0.248 eV/H2. 电子结构分析表明,H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Li修饰的缺陷蓝磷单层体系上. 此外,本文还研究了温度和压强对Li/DV2体系储氢性能的影响. 结果表明,在室温和低压条件下,H2分子可以稳定吸附在Li/DV2体系表面,从而实现室温条件下的可逆储氢.     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

Co2VZ(Z=Ga,Si)合金马氏体相变的第一性原理计算

计算不同磁有序下的相稳定性及弹性常数对实验上设计具有良好性能的Co2VZ(Z=Ga,Si)基形状记忆合金具有重要意义.采用精确Muffin-T in轨道结合相干势近似方法,系统计算了0K下Co2VZ基合金立方奥氏体和四方马氏体相的品格结构、磁矩、弹性常数及总能.结果 表明,在FM状态下,Co2VGa具有L21立方结构,...     

Cu-Fe合金单原子链结构稳定性和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了轴向应力作用下均匀交替构型和非均匀二聚体构型Cu-Fe合金单原子链的结构稳定性和磁性.均匀交替构型Cu-Fe合金单原子链在较大的原子间距范围内能够稳定存在,而二聚体构型Cu-Fe~*合金单原子链中易于形成Fe_2二聚体结构,稳定性较低.Cu-Fe合金单原子链在应力拉伸作用下由锯齿形结构向直线形结构转变的同时,其磁耦合特性也由铁磁耦合转变为反铁磁耦合.电子结构的分析表明Cu原子和Fe原子间的轨道杂化和电荷转移导致了Cu-Fe合金单原子链的高稳定性.     

S与V掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法研究了S与V单掺杂及共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质.结果表明:单掺杂和共掺杂均使禁带宽度减小,且位于价带和导带之间的杂质能级能够捕获由价带跃迁至导带的电子,减少光生载流子的复合率;在光学性质中,单掺体系和共掺体系的光吸收带边均发生了红移,在可见光区...     

Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

S-Pt掺杂锐钛矿TiO2电子结构及光学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纯TiO2体系、S、Pt单掺以及S-Pt共掺TiO2四种体系的能带结构、态密度和光学性质.结果表明:只有共掺体系为间接跃迁类型,其他体系均为直接跃迁类型.掺杂后TiO2体系的禁带宽度均减小,其中Pt单掺后的能带间隙最小.由态密度图得知共掺体系减小的原因是由Ti的...     

Cr掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的第一性原理计算

对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究．通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在Cr掺杂后,Cr原子3d轨道上的电子在TiO2的导带底产生了不稳定的杂质能级,使得禁带宽度变窄,在较小的光量子能量照射下（即在较大波长的光照射下）它的催化性能有所提高;但由于它的杂质能级波动幅度较大,在短波长的光照射下,跃迁上的电子容易发生跌落,使得掺Cr的锐钛矿相TiO2光催化性能降低．     

Cr、Mn掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的方法,研究了纯锐钛矿相TiO2、Cr、Mn单掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.对电子性质分析发现:Mn掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV,而最低点与价带相距大约0.65 eV,其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Mn原子的3d轨...     

金红石TiO2(011)表面的理论研究进展

基于密度泛函理论 (DFT) 的第一性原理 (First-principles) 计算方法,就金红石TiO₂(011)表面在理论方面的研究进展做了介绍.首先,通过阐述研究金红石TiO₂(011)表面的必要性和实验在其结构方面的研究进展,介绍了金红石TiO₂(011)表面的电子结构和光学性质,指出并验证了该表面对可见光有较强的响应能力.随后,介绍了金红石TiO₂(011)表面的缺陷和杂质,指出吸附H原子和形成O缺陷后还能显著增强其在红外区的红外吸收.在此基础上,不仅从理论上提供了一些传统实验所无法提及的数据资料,还弥补了相关实验在微观领域研究中的不足.最后,就目前金红石TiO₂(011)表面研究中存在的问题做了展望,指出金红石TiO₂(011)表面各种表面现象的微观本质是未来研究的重点内容.     

主族s区金属Mg电催化N2还原反应的第一性原理计算研究

电催化N2还原反应(NRR)可以在温和的条件下利用可再生的电力将氮气和质子从电解质水溶液转化为氨,被认为是一种非常有前景的替代哈伯法合成氨技术.但是这项技术也面临巨大的挑战,因为N2分子中的N≡N键非常牢固,需要高活性的催化剂才能将其断裂.和过渡金属相比,主族s区金属在NRR中很少被研究.本文采用第一性原理计算的方法,...     

Electronic structures of the oxygenated diamond （100） surfaces

Diamond is a kind of nonmetal material with unique physical and chemical properties. It is potentially useful to various applications in electronics, such as electron emitters, Schottky diodes[1-3]. The diamond films ob- tained by chemical vapor depositio…     

正己烷在CaCO3(100)面吸附的第一性原理研究

致密油在储层多孔介质中的吸附研究多以定量的实验研究为主,定性的机理研究较少。以正己烷为对象,从原子分子层面定性研究其在碳酸钙表面的吸附能力,为解释致密油在储层岩石基质上的吸附性提供了有力依据。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了C_6H_(14)分子在CaCO_3(100)面的吸附能,对比分析了吸附前后的物理结构和电子态密度。结果表明:C_6H_(14)分子在B11位吸附最稳定,吸附能为-0.782 4 eV,吸附后键长键角变化率均小于1%,是一种弱化学吸附。不同吸附位的能量差值很小,仅为0.017 8 e V,C_6H_(14)分子容易在CaCO_3表面发生稳定流动。吸附后,C_6H_(14)分子的电子态密度向低能量区域整体偏移约3.1 e V,而CaCO_3(100)面的电子态密度曲线基本重合,吸附作用对C_6H_(14)分子的电子结构影响显著,对CaCO_3(100)面电子结构影响甚微。     

钌镍氧化物活性阴极的研究

本文研究了钌镍氧化物阴极的制备工艺条件对电性能的影响，以及钌镍氧化物活性阴极在碱溶液中的析氢反应，测定了阴极析氢反应的动力学参数，提出了合理的阴极析氢反应机理。最后，研究了钌镍氧化物活性阴极的失活和修复。     

用SO(2.1)代数方法解氢原子问题

利用SO(2.1)代数对氢原子指数余弦屏蔽库仑势的能量本征值作了高级近似,并与其它方法的结果作了比较,同时给出了能量的一、二级修正值.表2,参3.     

Sr2CeO4 的发光性能及理论计算研究

采用高温固相法制备Sr2 CeO4样品,并对样品进行X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、紫外可见（UV-visi-ble,UV-Vis）反射率光谱分析及光致荧光光谱（photoluminescence spectra,PL）分析。用第一性原理的密度泛函理论对Sr2 CeO4的结构、电荷密度分布建模,对Sr2 CeO4的电荷迁移态跃迁机制以及宽的吸收峰与发射峰的成因进行理论分析。实验结果表明,制得的样品为正交晶系的可能性较大;Sr2 CeO4的激发和发射均为宽带,激发峰形状不对称,可能存在双激发源;发射光谱是位于472 nm附近的宽峰,呈强的蓝白光。样品的第一性原理建模研究结果表明,Sr2 CeO4中存在2种O-Ce与2种O-Sr,这与Sr2 CeO4的双峰激发有密切关系;Sr2 CeO4的发光机理源于电荷迁移态跃迁发光。     

单晶体材料WTe2的Raman光谱

利用波长为532 nm的激光分别沿单晶体材料WTe₂的b轴和c轴进行激发获得相应的Raman光谱, 结合第一性原理计算, 对两种激发条件下单晶体材料WTe₂的Raman光谱进行研究, 并根据单晶体材料WTe₂的偏振Raman光谱及理论计算结果, 分别对测量获得单晶体材料WTe₂的Raman光谱进行归属. 实验结果表明, 沿单晶体材料WTe₂的b轴比c轴激发获得的Raman光谱变化明显.     

凝固点降低法测定分子量实验改进

本文以水──尿素代替苯──萘体系测定物质的相对分子质量，其优点是所用药品无毒，而且价格便宜，实验结果准确。     

氢原子(e,2e)反应中基态三重微分散射截面的计算

利用(e,2e)反应中跃迁矩阵的后滞形式,忽略了质心运动和相对运动的情况下,计算基态氢原子单离化的三重微分散射截面,与相关的实验结果符合的较好.笔者的近似计算能较好的反映基态的散射过程,计算量较小,该方法可以进一步推广到激发态散射截面的计算中.