Pt掺杂材料Li2Pt0.125Co0.875SiO4在脱嵌锂离子过程中晶格和电子结构变化的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究贵金属Pt掺杂的正极材料Li_2Pt_(0.125)Co_(0.875)SiO_4在锂离子脱嵌过程中晶格和电子结构的变化.计算结果表明,掺杂体系在脱嵌锂离子过程中,晶格参数和体积变化不大,充放电过程中循环稳定性保持较好,脱嵌电压也基本保持不变;Li-O键长增大,Li-O间相互作用减弱,锂离子迁移率增大.与纯相Li_2CoSiO_4相比,禁带中出现了掺杂原子Pt的d轨道电子,带隙变窄,从而提高了掺杂材料Li_2Pt_(0.125)Co_(0.875)SiO_4的电子导电性.     

应力条件下单壁氮化硼纳米管结构、力学和电学性质

采用第一性原理赝势平面波方法,研究了单壁氮化硼(BN)纳米管在应力条件下的结构、力学和电学性质。计算了不同类型氮化硼纳米管的弹性模量、拉伸强度和Poisson比。结果表明:氮化硼纳米管具有与碳纳米管相同量级的弹性模量(TPa量级)和拉伸强度(GPa量级),可以当作稳定的基体材料用于复合材料的合成中。同时发现:在拉伸情况下,氮化硼纳米管的结构和能带结构均发生一定规律的变化,能隙逐渐减小。这表明,氮化硼纳米管可以用作nm级别的力学传感器。     

Si低指数面氢吸附稳定性第一性原理研究

利用局域密度近似第一性原理方法,研究了氢在Si低指数面(100)、(110)、(111)上的吸附结构.用两种不同的势(US-PP和PAW)对Si晶格常数优化,计算表明两种势对Si晶格常数的影响较小(仅为0.002 nm).US-PP势总能计算表明:对于Si体系,清洁Si表面的(111)面最稳定;随氢环境的改变(氢化学势的不同),表面稳定结构也随着变化,与实验结果相一致.     

基于密度泛函理论的KDP(100)表面吸附水分子研究

基于密度泛函理论中的第一性原理计算方式,开展KDP(100)面表面吸附水分子的性质研究。结合Bader电荷、电子密度、差分电子密度和电子局域函数等参数进行电子密度拓扑分析,结果显示水分子在KDP(100)表面的最佳吸附位点为氢钾桥位,吸附能为–0.809eV,表明KDP(100)表面可以自发地吸附水分子;水分子中的氧原子通过吸附,与KDP(100)表面磷酸根基团上的氢原子形成含共价效应的强氢键O—H...O_w,拟合键能为–18.88 kcal/mol。     

GaN/ZnO固溶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

GaN/ZnO固溶体具有良好的光催化活性。为研究不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体能带结构和光吸收性能的影响,构建了一系列GaN/ZnO固溶体的随机原子结构模型。基于密度泛函理论计算不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体模型电子结构和光学性质的影响。研究结果表明： ZnO/GaN固溶体形成能与结合能均为负值,结构稳定。随着ZnO物质的量的增加,固溶体的带隙先呈现下降趋势,最后呈现小幅上升趋势。对于ZnO物质的量分数在13.89%至22.22%的GaN/ZnO固溶体,可以观察到光吸收峰强度在可见光区各个波长范围内均有较强吸收。通过研究不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体能带结构和光吸收性能的影响,为GaN/ZnO固溶体光催化材料的设计与制备提供了理论参考。     

MgCNi3电子结构与光学性质的第一性原理研究

考虑广义梯度近似与局域自旋密度近似,采用全势线性缀加平面波法对新超导体MgC-Ni3的几何结构、电子结构及光学常量进行了计算,从理论上给出了其电子结构与光学性质的关系.电子结构计算表明,尽管MgCNi3与BaTiO3均具有钙钛矿几何结构,但电子能带结构的差异使它们表现出不同的光学性质.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明,MgCNi3的光学性质呈各向同性,其低能区的光吸收是由-5.0～0 eV范围内的Ni(3d)电子的带内跃迁以及该能量范围内Ni(3d)电子到导带空轨道的带间跃迁引起的;而高能区的光吸收则起源于价带中C(2p)和C(2s)轨道上的电子到导带中C(2s),C(2p),Ni(3d),Ni(4s)空轨道的带间跃迁.     

非晶SiO2/Si界面缺陷及其钝化/去钝化反应机制

研究非晶二氧化硅/硅(a-SiO₂/Si)界面处的硅悬挂键缺陷(即P_b类缺陷)的钝化与去钝化过程对提高器件性能具有重要意义。基于分子动力学与第一性原理计算方法,以a-SiO₂和晶体Si为基础,构建了a-SiO₂/Si(111)界面模型。采用CI-NEB(ClimbingImage-Nudged Elastic Band)方法分别对a-SiO₂/Si(111)界面的P_b缺陷分别于氢气和氢原子的钝化、去钝化反应进行了研究。明确了基于非晶二氧化硅/硅界面缺陷模型的钝化、去钝化反应的反应曲线、反应势垒以及反应的过渡态结构。     

Heusler合金Mn2NiAl的电子结构、 磁性质及四方变形的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理, 计算Mn₂NiAl的晶体结构、 四方变形、 磁性、 电子结构和压力响应. 计算结果表明: Mn2NiAl在立方奥氏体相的平衡结构为铁磁态MnMnNiAl型结构, 其中Mn原子占据A和B不等价晶位; 在由立方结构向四方结构的变形中, 在c/a≈1.24处存在一个稳定的马氏体相; 在奥氏体相和马氏体相下, Mn原子对Mn2NiAl总磁矩的贡献最大,  Mn(A)和Mn(B)原子磁矩的值不等并呈反平行耦合, 且Mn(A)-d和Mn(B)-d的投影态密度在费米面附近交叠均较少,     

四价离子M（M=Mn,Pr,Sn,Zr,Se,Te）掺杂对CeO_2氧化还原性能的影响

于考虑了Ce-4f电子之间强关联作用PBE＋U方案,采用第一性原理计算方法系统研究了掺杂Mn,Pr,Sn,Zr,Se和Te等对CeO2原子结构、电子结构和还原性能影响.针对形氧空位后掺杂离子对体系中电子转移影响,提出了两种不同制：对于Zr,Se和Te等掺杂CeO2,氧空位形能的降低主要是受到氧空位形后结构扭曲影响;而对于Mn,Pr和Sn等掺杂体系,氧空位形能受到结构扭曲和电子转移双重影响,因此,氧空位形后电子首先转移到掺杂离子上而不是通常的Ce4＋上.研究发现,当四价掺杂离子到电子后最外层电子全满或半满结构时,氧空位形时所产生的电子会优先转移到掺杂离子上.     

AlB_2型结构WB_2点阵动力学的第一性原理研究

对Al B2型结构的二硼化物的超导进行了大量研究,试图寻找新的高温超导体。为了研究硬材料WB2的超导电性,利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Al B2型结构WB2的点阵动力学性质,并与高温超导体Mg B2的相关性质作了比较。WB2的能带在费米能级沿Γ-A方向有两条双重简并的能带。带心声子计算结果表明,声子频率全部来源于B原子振动关联模式的贡献。高频率的B1g和E2g两种声学模式的电声耦合作用较强且对超导电性起着决定性的作用。WB2有着与Mg B2类似的高温超导性质。