从头算方法研究Y掺杂的刚玉晶界Σ31

使用一系列高精度从头计算方法,我们研究了清洁和Y掺杂的α-Al2O3陶瓷晶界Σ31/(0001)的原子结构和能量.为了研究Y的不同替代位置和掺杂浓度,我们建立了一个包含700个原子的周期性超晶格模型.我们的结果显示Y原子更愿意偏聚到由7个Al原子构成的环形结构中心.这一效应可以由Y在这一位置的更有利的成键和更低的晶界形成能得到解释.计算的清洁和Y掺杂晶界形成能分别是3.99和3.67J/m2.计算的电荷平均值显示,晶界区电荷密度低于晶体区.同时,我们也发现晶界引起了静电势在晶界两边的长程不对称分布.     

B、N共掺杂单层石墨烯电子结构和导电性能

利用密度泛函理论研究方法对B、N原子以邻、间、对位等3种不同的相对位置以相同的比例(12.5%)共掺杂单层石墨烯的电子结构进行研究,分别计算共掺杂结构的能带结构、态密度、电荷密度和电荷差分密度等。结果表明:B、N原子共掺杂石墨烯的价带和导带之间出现直接带隙,而且价带电子轨道和导带空轨道分布更靠近费米能级,共掺杂石墨烯可同时作为电子的供体和受体,间位共掺杂结构的带隙值最小(1.296eV).在共掺杂结构的电荷重新分布过程中,B、C和N间的互相杂化和电荷的转移主要发生在各原子的2p轨道,其中B-C原子杂化轨道分布更靠近费米能级,C-N原子杂化轨道能分布在较低的能量区间。     

Si/Na杂质对Al晶界影响的第一性原理研究

根据密度泛函理论,用第一性原理的赝势方法计算了对Al∑9倾侧晶界掺杂Si和Na前后的原子及电子结构,进而研究杂质Si,Na偏聚对Al晶界的影响.计算结果表明,掺杂Si后,Si-Al之间形成了较强的具有共价-金属混合性质的化学键,从而阻止了应力作用下的原子重组,可归于"bond mobility model";而Na杂质的引入,使Al晶界处原子间距变大,电荷密度明显减小,属于"decohesion model".     

硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

采用密度泛函理论研究了纯（5,5）碳纳米管和硅掺杂（5,5）碳纳米管的几何结构和电子结构,计算了硅掺杂后碳纳米管局部结构的变化、硅掺杂碳纳米管的形成能和表面的电荷分布,以及硅原子掺杂前后碳纳米管的差分电荷密度。研究结果表明硅原子掺杂对碳纳米管的结构影响很大,硅原子与碳原子形成化学键,引起碳纳米管上电荷重新分布,引起电荷转移。     

Ca对氧化铝晶界处氧空位扩散的活化机理

通过第一性原理方法计算了α-Al_2O_3的∑3(1010)晶界处Ca偏析对时氧空位(oxygen vacancy,VO)形成能和扩散势垒的影响。Ca偏析到晶界处的稳定位置后,Ca附近VO的形成能为3.05～4.04 eV,比没有掺杂的晶界处VO的形成能降低了2.5 eV以上;Ca附近VO扩散的活化能为2.30 eV,与没有掺杂的晶界相比,降低达1.8 eV.随着晶界处Ca浓度的升高,晶界附近的晶格发生明显膨胀,电荷平衡进一步被打破,VO的形成能降低至-1.43 eV,扩散的活化能进一步降低至1.27 eV。Ca掺杂对α-Al_2_3晶界有活化的作用,促进晶界处的VO的形成和扩散。     

第一性原理研究Pt掺杂NiTi金属间化合物晶体结构与电子结构

利用第一性原理研究了Pt掺杂B2结构的NiTi合金的晶体结构与电子结构.研究表明,Pt掺杂比例不高于6.25%时,体系的结构不发生变化,并且点缺陷形成能更低,说明掺杂Pt元素能提高体系的稳定性.而态密度,布局分析以及电荷密度分布的计算进一步表明,Pt原子的d电子成键能力很强,与周围原子剧烈的相互作用,结构更为稳定.通过...     

CO在（N，Fe）共掺杂锐钛矿TiO2（100）表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法PBE＋U,研究了三类（N,Fe）共掺杂锐钛矿相TiO2（100）表面的稳定性及CO在最优掺杂表面的吸附,计算了最优表面不同掺杂位的结合能、吸附能、成键和电子结构．结果表明：CO在清洁TiO2（100）面及（N,Fe）非近邻掺杂表面的吸附较弱,（N,Fe）近邻共掺杂表面的吸附较强．通过吸附能的比较可知,N位吸附的吸附能最低,吸附最稳定,Fe位次之．由态密度可以看出,吸附方式的变化主要源于（N,Fe）表面近邻共掺杂改变了TiO2（100）面电子结构,使吸附位原子与C原子形成新的化学键．     

P掺杂对Ni3Al晶界结合性能的影响

晶界对于金属和合金材料的力学性能至关重要。晶界本身相对于晶内结合性能差,是导致合金延展性低的一个重要原因。因此,有必要改善其晶界结合性能,进而提高材料的延展性。利用物理冶金及合金化方法可以改善有序金属间化合物的延展性和可加工性。添加合金化元素可以有效地控制晶界的结构,达到提高晶界结合性能的目的。利用第一性原理方法在原子尺度上研究了P掺杂在Ni₃AlΣ5(210)晶界中的偏聚行为及晶界结合性能的增强机制。计算的偏聚能表明,相对于体位置,P原子倾向于向晶界偏聚,且向纯Ni的晶界孔隙中由8个Ni原子围成的间隙位置偏聚的趋势最大。计算晶界断裂过程中的格里菲斯功显示P的晶界偏聚可以改善晶界的结合性能。     

Ag12Y团簇三种可能构型的电子结构和磁性研究

应用密度泛函理论和广义梯度近似方法研究Ag12 Y团簇的稳定性、电子结构和磁性,计算了键长、束缚能、最高占据轨道、最低占据轨道、磁矩和电子分布．结果表明：Ag12 Y团簇稳定性比对应的Ag12团簇高,替代中心原子比替代表面原子更稳定,Oh构型的Ag12 Y为最稳定结构;计算的7个Ag12 Y团簇外层电子均为闭壳层结构,具有较好的化学稳定性;Ag12 Y磁性与替代原子位置和团簇对称性有关,Ih构型和替代表面原子形成的C5v构型具有局域磁性,Cs、C2v构型和替代中心原子形成的C5v构型磁矩为0．     

掺杂对Al(111)面氧分子吸附性能影响

为了揭示掺杂对Al(111)面O2吸附性能影响规律。采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的第一性原理计算方法,通过构建模型以及设置计算参数,计算得到了不同O原子覆盖度下Ni、Mn、Si掺杂对应Al(111)面吸附O2的吸附能、功函、Bader电荷、差分电荷密度、以及态密度。研究表明：当氧原子覆盖度较低情况下,纯铝表面吸附能绝对值最大,转移电子数最多,原子之间存在相互作用并主要由最外层电子轨道决定。当氧原子覆盖度增大至3/8时,掺杂表面吸附能大于纯铝表面,掺杂促进了Al(111)面吸附氧分子。结果表明：Al(111)面吸附氧分子的能力不仅与掺杂元素有关,还与各表面O原子的覆盖度有关,当O原子覆盖度较低时,Mn、Si、Ni掺杂抑制了O2吸附,当覆盖度较高时,Ni、Mn、Si掺杂促进了O2吸附。     

KPb2Cl5晶体中掺杂Er3+和Eu3+离子占据格位倾向性的原子模拟研究

本文采用经验势原子方法模拟研究了稀土Er3+和Eu3+离子掺入KPb2Cl5晶体的格位占据情况,其中经验势参数通过拟合KPb2Cl5、PbCl2、ErCl3、EuCl3晶体结构得到.在此基础上,研究了KPb2Cl5晶体的本征缺陷和替代缺陷,而且通过溶解反应能计算发现,掺杂Er3+/Eu3+离子更倾向于占据Pb2格位,并由最近邻的K空位缺陷提供电荷补偿.这一结论与文献报道的KPb2Cl5:Eu3+光谱分析结果一致,为Er3+掺杂KPb2Cl5占据格位实验假设提供理论支持.     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

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。     

内掺金属富勒烯Ti2@C80几何结构和电子结构计算研究

采用密度泛函理论方法对内掺金属富勒烯Ti2@C80的几何结构和电子结构进行了计算研究.分别在,Ih_C80笼内8个不同位置和D5h_C80笼内5个不同位置掺入2个Ti原子,形成Ti2@C80的初始结构.几何结构优化表明:对于Ih_Ti2@C802个Ti原子处于C2轴上是最稳定的;对于D5h_Ti2@C80,2个Ti原子处于距C2轴0.042 8 nm的一条轴上是最稳定的.局部态密度显示:掺杂之后Ti原子的磁性淬灭.密立根电荷分析表明:2个Ti原子的化合价小于 2价,与电子能耗谱实验相一致.     

应用ABEEM／MM模型研究甘氨酸与水的氢键作用

应用原子-键电负性均衡方法中的浮动电荷分子力场（ABEEM／MM）,我们构建了1个新的甘氨酸（Glycine）-水势能函数,并将其应用到甘氨酸与水组成的二聚体的研究中．首先研究了甘氨酸单体的几何构型,构型结果与可获得的实验数据显示了很好的一致性;根据对甘氨酸中氮原子和氧原子的孤对电子电荷分布的ABEEM／MM方法分析,可以解释水与作用点形成氢键的强弱;进而研究了甘氨酸与1个水作用的结合能,ABEEM／MM模型与从头计算方法得到的结果显示了很好的一致性．表明我们势能函数的合理性以及参数的正确性．     

非金属元素掺杂对VH_2解氢性能的影响

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)结合平面波超软赝势方法,研究了非金属元素B,P,S掺杂对VH2解氢性能的影响。计算B,P,S掺杂VH2前后体系的合金形成热、净电荷、重叠集居数以及电子态密度,发现B,P,S掺杂VH2后:体系的合金形成热减少;部分V原子的净电荷增大、H原子的净电荷减小;费米能级处的电子浓度增大;态密度计算也显示了V-H之间的共振作用有所减弱。由此表明非金属元素B,P,S元素的掺杂减弱了系统的稳定性,提高了VH2的解氢性能。     

用发射光谱研究荧光灯阴极区中的钡浓度

应用发射光谱技术研究了T12荧光灯阴极电子发射材料钡的损失，实验测定了阴极区中钡原子553．6和钡离子455．4，493．4nm谱线的辐亮度，由此得到钡原子6p^1P1、钡离子6^2P3／2和6^2P1／2态浓度的轴向分布。理论上，由包含9个原子能级和5个离子能级的阴极区钡放电的速率方程，计算出了这些能级上钡粒子的浓度，实验和理论计算符合较好。结果表明，在阴极区钡离子浓度比钡原子浓度大，离阴极2mm处钡的总浓度为10^15m^-3量级。     

CS2和COS在y-A12O3表面吸附的密度泛函理论研究

煤气中的有机含硫化合物CS2和COS对环境及后续的反应带来很大的危害,常用Al2O3进行脱硫处理。小分子在固体表面的吸附是研究气固反应的基础。采用量子化学密度泛函理论方法研究了CS2和COS在y-Al2O3（110）表面的吸附,结果表明CS2最稳定的构型为C82的3个原子分别与表面的Al0一Al键中的3个原子作用,形成了（COS2）。一物种,此构型的吸附能为107．98kJ／mol;COS以SC键-9表面的1个Al-O键作用时最稳定,吸附能为99．99kJ／mol。通过分波态密度和小分子吸附前后净电荷的变化可知,在这两个构型中,小分子与表面有很强的相互作用。     

B、N掺杂对单层SnO磁性影响的第一性原理研究

采用自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了非金属元素B或N替位掺杂对单层SnO电子结构和磁学性质的影响.计算结果表明,B或N原子掺杂单层SnO可以诱导出磁性,磁矩分别为0.84μB,0.44μB.在B-SnO掺杂体系中,磁矩主要来源于B-2p轨道和与之近邻的Sn-5p轨道.在N-SnO掺杂体系中,磁性主要来源于Sn-5p、O-2p和N-2p轨道.进一步研究两个B或两个N原子掺杂单层SnO的磁耦合发现,双B原子掺杂SnO超原胞的C1构型最为稳定,双N原子掺杂SnO超原胞的C4构型最为稳定,且都呈现出顺磁性.形成能计算表明,富Sn条件下更易于实现双原子掺杂.