掺杂黑磷烯吸附铬离子的第一性原理计算

为了降低有害金属铬离子(Cr²⁺)对水体的污染,应用密度泛函理论研究了黑磷烯对铬离子的吸附行为。以纯净、硼(B)掺杂、硅(Si)掺杂、硫(S)掺杂的4种黑磷烯体系为研究对象,探究了掺杂对黑磷烯吸附Cr²⁺行为的影响,目的是想通过掺杂来提高黑磷烯对Cr²⁺的吸附能力,得到理想的吸附材料。对纯净、B掺杂、Si掺杂、S掺杂的4种黑磷烯及其吸附Cr²⁺体系进行了结构优化,优化后的结果表明：Cr²⁺在纯净和掺杂黑磷烯上的稳定吸附位置均是褶皱六边形顶部的空心位置。吸附能、态密度、电荷转移、键级的计算结果表明：纯净的黑磷烯对Cr²⁺有吸附作用,掺杂S可以有效提高黑磷烯对Cr²⁺的吸附能力,增强黑磷烯与Cr²⁺之间的共价键和离子键作用。综上,S掺杂的黑磷烯可以用作Cr²⁺的吸附材料。     

Cu掺杂ZnS的第一性原理计算

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnS掺杂Cu前后的电子结构和光学性质。通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,发现引入杂质Cu后,在价带顶Cu3d态与S3p态发生p-d排斥,造成价带顶向高能端移动;在导带底Zn4s与Cu3p相互重叠,发生杂化,引起导带向低能端偏移,两方面的作用使得ZnS的带隙变小。掺Cu后ZnS的光吸收向低能端扩展,并且在可见光区生成新的吸收峰。     

Be掺杂ZnO的第一性原理计算

基于第一性原理的Hartree—Fock和密度泛函理论（DFT）混合近似,对纤锌矿ZnO及不同量Be掺杂BexZn1-xO进行了计算．结果表明,Be的掺入导致BexZn1-xO的禁带宽度增大,这一结果与实验有着较好的符合．同时对BexZn1-x的晶格结构、能带结构及电子态密度进行了分析,Be的掺入致使Zn 4s态向高能端移动是禁带宽度增大的主要原因．     

Cu掺杂BN磁性的第一性原理计算

利用LDA+U进行优化,在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cu掺杂的闪锌矿稀磁半导体B0.9375Cu0.0625N的电子结构和磁性进行研究.结果表明,Cu掺杂BN会产生自旋极化状态,能带结构显示半金属性质,掺杂后带隙变窄,计算所得磁矩为2.06μB,其铁磁性的形成主要是p-d电子杂化,这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值.     

石墨烯吸附有机分子硝基苯性质的第一性原理研究

基于量子力学的第一性原理,我们计算了石墨烯吸附有机分子硝基苯的特性.在吸附体系中,吸附分子平面平行于石墨烯衬底时吸附能最大,同时此吸附导致衬底晶格微弱的膨胀.吸附分子平面垂直石墨烯吸附时,吸附能较小,且衬底晶格有微弱的收缩.由于硝基和石墨烯之间较强的相互作用,吸附结构的能带中出现明显的掺杂态.这说明了石墨烯可以作为有机分子硝基苯的化学传感器件之一.     

掺杂氮化铝中局域磁矩的第一性原理计算

理想的稀磁半导体具有良好的室温铁磁性,氮化铝(AlN)稀磁半导体虽然具有宽的带隙和透光性,但由实验重复性差等原因,一直未得到广泛的应用.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算掺杂硼(B)的AlN中局域磁矩的变化规律.通过分析电子结构发现,掺杂B后的AlN稀磁半导体中出现了明显的局域磁矩,其大小为2μB.     

Ptn石墨烯体系氧还原反应的第一性原理计算

通过构建单层六方石墨烯(单空位)超晶胞结构, 用基于密度泛函理论的第一性原理研究Pt 石墨烯体系中反应前O₂的吸附(脱附)势 垒及反应过程中H₂O分子和OH的脱附势垒, 并研究Pt团簇石墨烯体系中（Pt₂石墨烯和Pt₄石墨烯）氧还原反应(ORR)的中间产物及其吸附能的变化过程, 给出ORR的最优路径.     

Fe掺杂石墨烯表面吸附Au:第一性原理

采用第一性原理对Au在Fe掺杂石墨烯表面的吸附特性进行研究,计算掺杂Fe前后石墨烯对Au的吸附能以及石墨烯的局部态密度和电荷分布。结果表明:掺杂Fe增强了Au在石墨烯表面的吸附能,提高了Au与石墨烯间的电荷转移。掺杂Fe后,Fe与Au间形成了共价键,Au与石墨烯间由物理吸附转变为化学吸附。此外,自旋极化计算结果显示Fe掺杂石墨烯-Au体系中自旋向上态密度和自旋向下态密度关于费米能级对称,说明Fe掺杂不会使体系产生磁矩而影响材料性能。此类掺杂有望改善石墨烯载Au纳米颗粒催化剂的催化性能。     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

Cr掺杂BN半金属铁磁性的第一性原理计算

在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cr掺杂的闪锌矿稀磁半导体(DMS)B1-xCrxN(x=0.062 5,0.125)的电子结构和磁性进行了研究.结果表明掺入磁性过渡金属Cr后的BN明显呈现出显著的半金属特征,Cr原子在较小的掺杂浓度下构成了中间带隙的深层能级,使得原胞中Cr原子的局域磁矩约3μB,并且不随杂质浓度变化而改变.在B1-xCrxN(x=0.125)体系多种替位构形中,N220型的Cr-Cr铁磁耦合态最稳定,其铁磁性主要是由双交换机制引起,这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值.     

Ag在Si表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算优化了Ag原子在硅惯习面Si(111)和Si（220）晶面的最佳吸附位置,并计算了Ag/Si(111)和Ag/Si(220)体系的表面吸附能和表面态电子结构．研究表明：Si基表面Ag原子的最稳定吸附居于Si(220)晶面的穴位,此时的吸附能最低,其值为5.2569eV,属于强化学吸附;同时由于在Ag/Si(220)体系中,Ag-4d轨道和表面态Si-3s、3p轨道电子的强相互作用,以及Ag-4p轨道的电子云强偏向于Si-3s、3p轨道使得体系的能隙宽度变窄,导电性急剧增大．     

氧化石墨烯对水溶液中中性红的吸附行为

研究了氧化石墨烯(GO)对水溶液中染料中性红的吸附性能.考察了GO浓度、吸附时间等因素对吸附效果的影响,探究了动力学及热力学吸附规律.结果表明,GO对中性红具有显著、快速的去除能力,最大饱和吸附量可达到约900 mg/g,该吸附过程可用准二级吸附速率方程进行描述.不同温度下的热力学参数研究表明GO对中性红的吸附过程符合Langmuir等温吸附方程式,是一个自发、放热、熵增的过程.     

石墨烯改性有机膨润土吸附性能及其动力学

为提高有机膨润土的吸附性能,采用微波合成法,以石墨烯对有机膨润土进行改性,制备一种吸附效果好且回收效率高的新型石墨烯改性有机膨润土复合材料,研究其结构和吸附性能,探讨新吸附材料的作用机理。通过扫描电镜、红外光谱和X射线衍射对有机膨润土及石墨烯改性有机膨润土进行表征,并将其用于水中腐殖酸的吸附。结果表明：石墨烯与有机膨润土均匀复合,有机膨润土的层间距由1.37 nm增大至2.68 nm;当温度为25℃、pH值为6、吸附剂的用量为5 g·L-1及吸附时间为1 h时,溶液中腐殖酸的去除率达到95.52%;石墨烯改性有机膨润土对腐殖酸的吸附等温线符合Langmuir模型和准二级动力学模型,最大理论吸附量为52.08 mg·g-1,且为放热反应。利用0.1 mol·L-1 NaOH溶液对石墨烯改性有机膨润土进行解吸再生,5次再生后其对腐殖酸的去除率为86.3%。     

Al-Li系统性质的第一原理计算(英文)

用第一原理方法对铝、锂及铝锂二元系统金属间化合物的稳定和亚稳相的原子体积、弹性性质及形成焓等热力学性质进行了计算,结果表明:计算的平均原子体积略大于实验值,计算的体积模量与已有的实验值符合得比较好,对铝锂系统来说,计算的体积模量随锂的浓度的增加单调下降.对铝锂系统的稳定和亚稳定相的形成焓的计算表明,最稳定相为B32结构的Al-Li金属间化合物.     

稀土（Sc, Y, La）掺杂CdS光电性质的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法对CdS掺杂稀土元素(Sc、Y、La)的光电性质进行了计算与分析.计算结果表明:Sc、Y、La掺杂后,CdS的晶格常数增大,晶胞体积也相应增大.Sc、Y、La置换Cd导致费米面进入导带中,禁带宽度有所增大,导电类型变为n型,说明稀土Sc、Y、La是n型掺杂剂.稀土原子Sc、Y、La在费米能级处提供了额外的载流电子,对CdS的电子结构起到了改善作用.稀土原子的引入,增强了稀土原子与相邻S原子的相互作用,且稀土原子与S成键都有很高的共价性.稀土掺杂后CdS的静态介电常数、吸收系数和反射率都明显降低,表明其导电性和光的透过率增强.以上结果说明稀土元素的掺入能有效调制CdS的光电性质.     

改性石墨烯对有机污染物的选择性吸附

采用水合肼还原方法制得石墨烯.通过TEM,FTIR,BET,XRD等测试手段对其结构和形貌进行表征.石墨烯经聚二甲基硅氧烷改性修饰后具有超疏水性能,对水溶液中的苯酚具有优秀的吸附能力,在293K时最大平衡吸附量为153.8mg/g,吸附动力学研究表明改性石墨烯对苯酚的吸附为准二级吸附动力学模型.     

First principle calculation of lithiation/delithiation voltage in Li-ion battery materials

A first principle method, based on the density functional theory, was used to investigate the average voltage of lithiation/delithiation for Li-ion battery materials across 7 categories and 18 series, including LiMO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMPO 4 , Li 2 MSiO 4 and graphite. The average voltage of lithiation/delithiation in the relevant electrode materials was obtained by comparing the total-energy difference, before and after an electrochemical reaction. The calculated values were in good agreement with experimental data. The systematic difference between the simulated and experimental values could be explained in terms of the binding energy on the surface of the lithium electrode. This type of calculation method could be applied as an easy and effective tool for predicting the potential performance of new lithiation/delithiation materials.     

氧化石墨烯和石墨烯对离子型染料不同吸附性能研究

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,将其采用水合肼还原获得石墨烯,以氧化石墨烯和石墨烯为吸附剂,分别采用透射电镜（TEM）,傅里叶变换红外光谱（FT-IR）,拉曼光谱（RS）和X射线衍射光谱（XPS）对阴阳离子的不同吸附性能进行了分析表征.结果表明：两吸附剂对罗丹明B的吸附能力较甲基橙强,最大吸附容量分别为551.2 mg/g和476.2 mg/g,各吸附体系中的吸附行为都符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学反应特征.     

氧化石墨烯和石墨烯对离子型染料不同吸附性能研究

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,将其采用水合肼还原获得石墨烯,以氧化石墨烯和石墨烯为吸附剂,分别采用透射电镜(TEM),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(RS)和X射线衍射光谱(XPS)对阴阳离子的不同吸附性能进行了分析表征.结果表明:两吸附剂对罗丹明B的吸附能力较甲基橙强,最大吸附容量分别为551.2 mg/g和476.2 mg/g,各吸附体系中的吸附行为都符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学反应特征.