稀土掺杂对LiFePO_4性能影响的第一性原理研究

掺杂是提高LiFePO_4体相电子电导率,优化其电化学性能的重要方法之一.稀土元素因具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La,Ce,Pr)掺杂的锂离子电池正极材料LiFePO_4的性质.计算结果表明,稀土元素掺杂均不同程度地增加了 LiFePO_4的晶格常数和晶胞体积.在脱锂过程中,稀土掺杂后材料体积变化率明显减小,材料的循环性能提升,但电池能量密度下降.稀土掺杂使LiFePO_4由原来的半导体特性转变为金属特性,增加了材料的电子电导率.力学特性的计算表明稀土显著增加了 LiFePO_4材料的延展性.另外,La和Ce掺杂后的LiFePO_4在Li离子迁移过程中表现出复杂的能垒变化,在远离稀土离子处迁移势垒呈现出不同程度的减小,而在靠近稀土离子处迁移势垒起伏较大.与Ce掺杂相比,La掺杂造成的离子迁移势垒的变化程度更大,表明稀土离子掺杂对体系局域结构产生较大的影响.     

锂离子电池正极材料Li_2MnO_3稀土掺杂的第一性原理研究

掺杂是锂离子电池电极材料优化改性的一种有效的方法.稀土元素因其具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力,成为掺杂改性的重要选择.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素(La, Ce, Pr, Sm)掺杂的锂离子电池正极材料Li_2MnO_3的性质.通过稀土元素的掺杂, Li_2MnO_3材料的晶格常数和晶胞体积都有不同程度的增大.由于稀土原子的价态不同,导致掺杂后的Li_2MnO_3的电子结构性质不同. La掺杂的Li_2MnO_3表现出金属性,而Ce, Pr, Sm掺杂的结构为半导体性质,但带隙与未掺杂情况下相比有所减小. Li_2MnO_3中的Li离子迁移在La和Ce掺杂后展示出复杂的能垒变化.在远离稀土离子处,Li离子迁移势垒比未掺杂时减小,但在靠近稀土离子处则表现为势垒变化的多样性.当Li离子在离稀土离子最近的位置处进行迁移,势垒有明显的增加,这一结果与稀土离子周围的局域结构变化大密切相关.     

La,Ce,Nd掺杂对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度.计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小.能带结构分析表明,La掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析.差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.     

稀土La掺杂CrSi_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土La掺杂CrSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,La掺杂后,CrSi2的晶格常数a,b和c均增大,晶格体积增大.La掺杂导致费米面进入价带,带隙明显变窄仅为0.07eV;在费米面附近,La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分,而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定;La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69,ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强,光学吸收边向低能方向移动,吸收峰减小.计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

稀土La掺杂CrSi2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 对稀土La掺杂CrSi2的几何结构, 电子结构和光学性质进行了计算与分析. 结果表明, La掺杂后, CrSi2的晶格常数a, b 和c均增大, 晶格体积增大. La掺杂导致费米面进入价带, 带隙明显变窄仅为0.07eV; 在费米面附近, La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分, 而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定; La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69, ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强, 光学吸收边向低能方向移动, 吸收峰减小. 计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

La掺杂3C-SiC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的第一性原理计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

稀土硼化物LaxCe1-xB6亚微米粉的制备及光吸收研究

以稀土氧化物La₂O₃和CeO₂为稀土源, 以NaBH₄为硼源在真空环境中通过固相反应成功制备出了分散性好的单相三元La_xCe_1-xB₆亚微米粉. 系统研究了掺杂元素La对CeB₆物相, 微观结构及光吸收性能的影响. 实验结果表明, La元素的掺杂没有改变CeB₆的物相和晶体结构, 而是无序替代了Ce原子晶位. 光吸收结果表明, 随着La掺杂量的增加La_xCe_1-xB₆分散液吸收谷波长从620 nm减小到610 nm出现了蓝移现象.     

掺稀土元素(Y,La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算了未掺杂和掺杂稀土(Y,La)的γ-Si3N4中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小,并且可能形成新的半导体,这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y,La)后的光学性质,掺杂后有更高的静态介电常数,可以作为新的介电材料和好的折射材料,这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.     

稀土掺杂(Sm、Gd、Dy)对La0.7Sr0.3MnO3室温磁电阻效应的增强

用固相反应法制备了La0.7-xSmxSr0.3MnO3,La0.7-xGdxSr0.3MnO3和La0.7-xDyxSr0.3MnO3(x=0.00,0.10,0.20,0.30)系列样品.通过M～T曲线,ρ～T曲线,研究了用稀土离子替代La对La0.7Sr0.3MnO3居里温度Tc和磁电阻的影响.结果表明:稀土离子掺杂是改变钙钛矿锰氧化物居里温度和增强MR的有效途径;适量掺杂可以在室温附近产生大的磁电阻.     

稀土元素La掺杂对AlN性能影响的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了稀土元素La掺杂对纤锌矿结构AlN力学性能及压电性能的影响.计算得到的AlN各项力学性能及压电性能与实验值较吻合.掺杂稀土元素La会降低其体模量、剪切模量与杨氏模量,但会使AlN由脆性材料转变为韧性材料.压电性能计算结果表明,掺杂稀土元素La后,可使体系的压电性能提升15%左右.电子结构分析结果表明La的引入会降低体系中化学键的作用强度,从而提升了体系的塑性及压电性能.     

铁掺杂TiO2/膨润土光催化剂的制备及表征

以溶胶-凝胶法制备了过渡金属铁掺杂的Fe-TiO2/膨润土复合光催化剂,通过XRD、FTIR技术对该系列催化剂的结构进行了表征,并以亚甲基蓝染料废水为模型,考察了紫外光和日光下铁掺杂量对催化剂性能的影响。结果表明,催化剂中有锐钛矿型TiO2生成,铁掺杂TiO2进入了膨润土的蒙脱石层间,改变了蒙脱石层间的有序性,生成了Ti—O—Si键,实现了TiO2粒子与膨润土的复合;适量Fe3+的掺杂降低了TiO2粒子的粒径,并且部分Fe3+还可能进入了TiO2的晶格,形成了缺陷位,拓宽了TiO2的光谱利用范围,提高了光催化活性。     

Structure and magnetic properties of La-doped Si<Subscript>n</Subscript> (n = 1–12, 24) clusters: a density functional theory investigation

In the framework of density functional theory (DFT), the structure and magnetic properties of La-doped Si_n clusters have been systematically studied. It is found that La atom always prefers locating on the surface site of the clusters and no cage-like structures are found up to n = 12. The La atom doping remarkably enhances the stabilities of silicon clusters. In contrast to some other clusters with the magnetic moment completely quenched, La doping is shown to invariable magnetism with the total spin magnetic moment of LaSi_n clusters 1 _¼B up to n = 24, as that of a free La atom.     

Evolution of electronic structure in Eu1−xLaxFe2As2

We report an angle-resolved photoemission spectroscopy study of electronic structures of Eu_1−xLa_xFe₂As₂ single crystals, in which the spin density wave transition is suppressed with La doping. In the paramagnetic state, the Fermi surface maps are similar for all dopings, with chemical potential shifts corresponding to the extra electrons introduced by the La doping. In the spin density wave state, we identify electronic structure signatures that relate to the spin density wave transition. Bands around M show that the energy of the system is saved by the band shifts towards high energies, and the shifts decrease with increasing doping, in agreement with the weakened magnetic order.     

Josephson plasmon and inhomogeneous superconducting state in La2-xSrxCuO4

We report on the interlayer far infrared response for a series of La2-xSrxCuO4 crystals with 0.08相似文献   

稀土元素(La,Y)掺杂GaN的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La,Y单掺杂和La和Y共掺杂GaN的晶格常数、电子结构及光学性质进行了计算与分析.计算结果表明:掺杂改变了GaN的能带结构,未掺杂和Y掺杂形成导带底和价带顶位于G点的直接带隙半导体,而La掺杂和La和Y共掺杂形成导带底位于G点,价带顶位于Q点的间接带隙半导体.可以通过掺杂元素来调制GaN的禁带宽度和带隙类型,掺杂均提高GaN在低能区的静态介电常数、反射率、折射率,使光子的跃迁强度增大,说明稀土元素La,Y掺杂可有效调制GaN的光电性质.     

新型铸造用淀粉/膨润土复合粘结剂的红外研究

以木薯淀粉为主要原料,自行研制的有机膨润土为改性剂,经过熔融和溶液插层等工艺制备木薯淀粉/膨润土复合粘结剂。采用FTIR和XRD手段表征及力学性能测试。结果表明,PVA插层改性后的有机膨润土的层间距大于有机膨润土的层间距大于Na基膨润土的层间距,膨润土的层间距越大,越有利于淀粉与膨润土的插层反应,得到的复合粘结剂的干强度也越高。该复合粘结剂具有粘结强度高、 抗吸潮性好,且成本低、 工艺简单和环境友好。     

氮掺杂双层石墨烯吸附钠的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Na在本征双层石墨烯(PBLG)和不同掺杂浓度的N掺杂石墨烯(NBLG)表面的吸附性质进行了研究.确定了不同N掺杂浓度时NBLG的最稳定N分布结构,计算了Na在PBLG和不同掺杂浓度的NBLG表面的吸附能.计算结果表明,N原子掺杂倾向于取代对位或次临近位置的C原子,并与下层C原子相对;随着N掺杂浓度的增加,吸附高度逐渐增加,且与掺杂N原子分布相匹配; Na在PBLG表面吸附使平均层间距增加,而在NBLG表面吸附使之减小; Na与C_(27)N_9表面的结合最稳定.     

Stabilization of LiBH4 superionic phase by halide doping and H disordering

We performed first-principles density-functional theory calculations to investigate the structural properties and the effect of halide ion doping to the superionic-conducting, high-temperature phase and the effect of halide doping on the phase of LiBH₄. It is computationally demonstrated that the superionic phase is stabilized owing to the halide doping with the large ions which fill the interlayer space of the superionic phase. The H-disordered phase is observed in the structure and is found to contribute to the stabilization of the superionic phase.     

La-Ce-TiO_2纳米光催化剂的溶胶-微波法合成、谱学表征及其活性研究

以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-微波法(Sol-Microwave Method)合成了镧和铈共掺型纳米TiO2粉体(La-Ce-TiO2),借助XRD、XPS和UV-Vis等测试手段对其进行了表征,并以甲基橙为模型污染物考察了掺杂量对样品光催化活性的影响规律.XRD分析表明,所得粉体均为锐钛矿相纳米TiO2,且稀土元素镧和铈掺杂后纳米TiO2特征衍射峰宽化,强度降低;XPS分析表明,镧和铈掺杂后样品表面存在大量的氧缺位;UV-Vis吸收光谱表明,所得粉体在400 nm以下均有连续宽化的吸收带,且La和Ce掺杂后样品对光的吸收显著增强,这足由于La(Ⅲ)-O荷移跃迁以及Ce(Ⅳ)f→d跃迁和Ce(Ⅳ)-O荷移跃迁所致;光催化实验表明,La和Ce共掺杂能显著提高纳米TiO2的光催化活性,其中当La(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)掺杂量分别为2%和0.04%时,纳米TiO2光催化剂具有较高的催化活性,自然光照射下光催化氧化处理卷烟厂蒸叶车间废水,效果较好,废水COD去除率达到86.11%.