元素替代对MgH2储氢材料释氢影响机理的第一原理研究

用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法研究金属元素替代对MgH₂释氢的影响机理.结果表明：带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是影响MgH₂储氢材料释氢性能的关键因素,Nb,Fe,Ti,V在能隙近中央引入杂质能级,使得MgH₂的H-Mg键键强减弱,有利于放氢.La在导带底引入杂质能级,降低带隙宽度,晶体中结合最弱的键断裂变得容易,也有利于放氢.Nb,Fe,Ti,V,La与近邻氢原子间形成共价键,形成金属氢化物,对释氢起到催化作用.La与H间的共价作用较弱,其金属氢化物的催化作用相对较弱.掺杂元素使Mg与周围H的静电作用力不对称,与Mg作用力小的H容易释放出来,起到提高MgH₂释氢的作用.比较发现V,Fe明显降低Mg-H间的离子键强度.     

LiNH2储氢材料中间隙H与掺杂原子交互作用对其释氢性能影响机理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,研究了LiNH₂缺陷及其掺杂原子交互作用对其释氢影响.通过对其进行优化求得它们的局域最稳定结构并计算了含间隙H原子缺陷的LiNH₂及其掺杂合金的结合能、间隙缺陷形成能、态密度和电荷布居.结果表明: 系统结合能不能反映LiNH₂及其掺杂合金的释氢性质;平衡时,LiNH₂中有一定的间隙氢原子存在,Mg,Ti掺杂使形成能大大降低,大大增大了间隙氢的浓度. 间隙H原子在带隙引入了缺陷能级使带隙大大减小,提高释氢能力.间隙H原子导致[NH₂]^-中N-H原子间相互作用减弱,容易释氢.间隙H与[NH₂]^-中N存在共价作用,可以解释LiNH₂释氢反应中NH₃的放出.当存在掺杂时,N-H键的键强不均衡,部分较弱,部分较强,较弱的N-H键中H容易放出. 关键词： 储氢材料 第一性原理 缺陷 释氢机理     

掺杂元素对Mg2NiH4稳定性影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,计算了低温相Mg2NiH4和(Mg2Ni,X)H4(X=Ag, Al, Ti或Zr)的生成热及电子结构,分析了掺杂元素对Mg2Ni氢化物稳定性的影响. 结果表明,掺杂导致了合金氢化物生成热的绝对值降低,合金氢化物的稳定性下降,且发现掺杂元素电负性越大,氢化物越不稳定. 从电子态密度图和Mulliken布居数分析知道,掺杂后合金氢化物释氢能力增强的主要原因在于Ni-H之间的成键减弱,以及掺杂元素诱导费米能级EF处电子数浓度N(EF)的增加.     

掺杂元素对Mg2NiH4稳定性影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,计算了低温相Mg2NiH4和(Mg2Ni,X)H4(X=Ag, Al, Ti或Zr)的生成热及电子结构,分析了掺杂元素对Mg2Ni氢化物稳定性的影响. 结果表明,掺杂导致了合金氢化物生成热的绝对值降低,合金氢化物的稳定性下降,且发现掺杂元素电负性越大,氢化物越不稳定. 从电子态密度图和Mulliken布居数分析知道,掺杂后合金氢化物释氢能力增强的主要原因在于Ni-H之间的成键减弱,以及掺杂元素诱导费米能级EF处电子数浓度N(EF)的增加.     

基于密度泛函理论解读不同高密度储氢材料释氢能力

采用基于密度泛函理论的第一原理平面波赝势方法,研究了MgH₂, LiBH₄,LiNH₂,NaAlH₄几种高密度储氢材料及其合金的释氢及影响机理.结果表明:高密储氢材料MgH₂,LiBH₄,LiNH₂,NaAlH₄都比较稳定,释氢温度都很高,合金化可以降低它们的稳定性,但系统稳定性不是决定高密度储氢材料释氢性质的关键因素;带隙的宽窄基本可以表征储氢材料成键的强弱,能隙越宽,键断开越难,释氢温度就越高;LiNH₂价带顶成键峰主要由Li—N成键贡献,N—H键构成较低的峰,使得LiNH₂储氢材料的带隙虽很窄释氢温度却较高,且放氢过程中有氨气放出;合金化使得几种高密度储氢材料的带隙变窄,费米能级进入导带,从而使它们的释氢性能大大改善;电荷布居分析发现LiBH₄中B—H键最强,LiNH₂中H—N键最弱,因此LiNH₂中H相对容易放出.合金化后,各储氢材料中X—H键强度都有所降低,且LiMgNH₂中N—H键强度最低,因此从降低释氢温度角度,发展LiNH₂储氢材料最为有利. 关键词： 储氢材料 第一原理 释氢能力     

金属元素替代对Li4BN3H10储氢材料释氢影响机理的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法研究了金属元素替代对Li₄BN₃H₁₀ 释氢的影响机理.计算给出了结合能、电子态密度、密集数, 分析了结构的稳定性和原子间的成键情况.结果表明: 晶体的结合能与(LiM)₄BN₃H₁₀(M=Ni,Ti,Al,Mg)释氢性能没有直接的关联.带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是决定(LiM)< 关键词： LiBNH系储氢材料 第一性原理 元素替代 释氢机理     

元素替代对Mg2NiH4释氢性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势（PWP）方法,研究了元素替代对Mg2NiH4释氢性能的影响. 计算给出了晶胞参数、电子态密度、原子间的键序和生成焓,分析了氢化物的结构稳定性和原子间成键作用之间的关系. 计算结果表明,生成焓的计算值随替代元素M(Ti,V,Cr)的变化趋势和实验测定的结果一致,且Ti的替代较好地降低了Mg2NiH4的结构稳定性,提高了Mg2NiH4的释氢性能. 分析电子结构可得,Ni(h)–H和M–H间的相互作用是影响Mg2NiH4结构稳定性的主要因素,替代元素正是通过改变M–H的相互作用来提高Mg2NiH4的释氢性能.     

原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响

基于第一性原理计算系统地研究了氮族、卤族和3d过渡金属元素(Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co)替位掺杂对单层Janus过渡金属硫族化合物WSeTe电子结构的影响.通过对能带结构、电荷转移以及磁性的分析,发现氮(卤)族原子替位掺杂单层WSeTe会发生本征半导体-p (n)型半导体的转变, Ti, V原子替位掺杂单层WSeTe会发生半导体-金属的转变.由于电荷转移以及氮族原子掺杂时价带顶的能带杂化现象,卤族和氮族非金属元素掺杂时价带顶G点附近的Rashba自旋劈裂强度在同一主族随着掺杂原子原子序数的增大而增大. 3d过渡金属元素掺杂会产生能谷极化和磁性,其中Cr, Mn原子替位掺杂会产生高于100 meV的能谷极化,并且Cr,Mn, Fe元素掺杂在禁带中引入了电子自旋完全极化的杂质能级.研究结果对系统地理解单层WSeTe掺杂模型的性质具有重要意义,可以为基于单层WSeTe的电子器件设计提供理论参考.     

单轴压缩下Ti3B4的力学、电学性能及变形机制的第一性原理研究

Ti3B4作为一种重要的钛硼化合物,被广泛应用于工业生产和国防军事中.但是有关Ti3B4在外载荷下的变形行为却鲜有报道,这在很大程度上限制了它的应用.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ti3B4在不同方向单轴压缩下的力学行为、电子结构以及变形机制.结果表明,在不同方向单轴压缩下,Ti3B4的变形行为表现出很强的各向异性.a轴压缩下,层内Ti-Ti键减弱使Ti3B4承载能力降低,最终层间Ti-Ti键和沿b轴B-B键断裂造成压缩应力突降;b轴压缩下,层内Ti-B键减弱和层间Ti-B键增强导致Ti3B4承载能力逐渐降低,B-B键断裂导致结构破坏;c轴压缩下,层内Ti-B键断裂和层间Ti-B键形成使结构稳定性降低.由态密度分布可知,在单轴压缩下,变形后的Ti3B4仍然呈现金属性,但是其共价性能降低.通过讨论Ti3B4在不同方向单轴压缩下的力学行为与微观变形机制可以为改善其宏观性能提供一定的理论指导.     

聚合型硼氢化物（BH3）n（n=1—3）的几何结构与光谱的研究

采用不同方法B3P86,B3LYP,MP2和LSDA,结合Dunning的相关一致基组cc-PVTZ,对聚合型硼氢化物（BH3）n（n=1—3）分子的可能几何构型进行优化计算,得出最稳定构型的几何参数、电子结构、振动频率和光谱等性质参数,并给出了最稳定结构的总能量（ET）,结合能（EBT）,平均结合能（Eav）,电离势（EIP）,能隙（Eg）,费米能级（EF）等.结果表明：采用密度泛函DFT中的方法B3P86计算的能量最低,结构参数更接近文献值;三种硼氢化物分子基态都为1重态,电子态分别为1A＇,1A和1A;BH3分子的最稳定几何构型为平面三角形结构;B2H6为对称性乙烯式D2h立体结构,H—B之间生成氢桥式三中心双电子键;B3H9为C3ν立体结构,也生成氢桥式三中心双电子键,但三个氢桥三中心双电子键彼此隔离.最后分析了三种氢化物的红外和拉曼光谱、平均结合能、电离势、能隙和费米能级等特性,说明（BH3）n（n=1—3）三分子中B2H6最稳定,H—B桥键键长比端键更长,最强峰红外光谱强度最大.     

元素替代对LiNH2储氢材料释氢能力影响的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法,研究了元素替代对 LiNH₂释氢能力影响及作用机理.计算给出了结合能、电子态密度、电荷布居,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况.结果表明：金属Ca,Na,Al替代LiNH₂部分Li时,可以使N—H键有所减弱.Mg,Al同时替代Li时,效果最好.在Li（Mg）NH₂中,非金属元素B,C,P替代N时,C的效果最好.预测Mg,Al,C共同替代时,会得到的一种较低释氢温度的储氢材料. 关键词： 2储氢材料')" href="#">LiNH₂储氢材料 密度泛函理论 元素替代行为 释氢能力     

对比分析三角Pr3+中心在CsCdBr3和GdCl3晶体中的能级分裂

以Racah的群表示论和Slater的波函数理论为基础,分别建立了4f2组态离子Pr3+在三角晶体场C3v和C3h中的91×91完全能量矩阵,并对Pr3+离子掺杂在卤化物CsCdBr3和GdCl3中的Stark能级做了计算与分析. 结果显示计算值与实验值吻合很好,表明在分析由稀土离子掺杂体系的能级分裂时,完全能量矩阵方法是有效的方法. 此外,将两种具有不同点群对称的体系的能级分裂情况作了比较,结果显示六阶晶体场参量对能级分裂的影响是不能忽略的,而且CsCdBr3:Pr3+和GdCl3:Pr3+将产生不同程度的畸变.     

NaAlH4 表面Ti催化空间构型和X射线吸收光谱: Car-Parrinello分子动力学和密度泛函理论研究

通过采用Car-Parrinello分子动力学方法对掺杂Ti前后的NaAlH₄(001)2×2×1超晶胞表面晶体在333 K(60 ℃)温度条件催化脱氢的空间构型做了理论研究,发现掺杂Ti的合金中AlH₄团的其中两个Al—H键长分别从约1.64 (1 =0.1 nm)增大至1.74和1.93 ,而未掺杂合金表面中AlH₄团的4个Al—H键长基本不变,这意味着掺杂Ti相对未掺杂的合金更易于放氢.但在模拟温度条件下并未发现Ti-Al成键趋     

对比分析三角Pr~(3+)中心在CsCdBr_3和GdCl_3晶体中的能级分裂

以Racah的群表示论和Slater的波函数理论为基础,分别建立了4f2组态离子Pr~(3+)在三角晶体场C3v和C3h中的91×91完全能量矩阵,并对Pr~(3+)离子掺杂在卤化物CsCdBr_3和GdCl_3中的Stark能级做了计算与分析.结果显示计算值与实验值吻合很好,表明在分析由稀土离子掺杂体系的能级分裂时,完全能量矩阵方法是有效的方法.此外,将两种具有不同点群对称的体系的能级分裂情况作了比较,结果显示六阶晶体场参量对能级分裂的影响是不能忽略的,而且CsCdBr_3:Pr~(3+)和GdCl_3:Pr~(3+)将产生不同程度的畸变.     

元素替代对Mg2NiH4释氢性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PWP)方法,研究了元素替代对Mg2NiH4释氢性能的影响.计算给出了晶胞参数、电子态密度、原子间的键序和生成焓,分析了氢化物的结构稳定性和原子间成键作用之间的关系.计算结果表明,生成焓的计算值随替代元素M(Ti,V,Cr)的变化趋势和实验测定的结果一致,且Ti的替代较好地降低了Mg2NiH4的结构稳定性,提高了Mg2NiH4的释氢性能.分析电子结构可得,Ni(h)-H和M-H间的相互作用是影响Mg2NiH4结构稳定性的主要因素,替代元素正是通过改变M-H的相互作用来提高Mg2NiH4的释氢性能.     

Eu3+掺杂Bi2O3-TeO2-B2O3-ZnO玻璃光谱性质

测量了Eu3+（1 mol%）掺杂(60-χ)Bi2O3-χ TeO2-30B2O3-10ZnO（χ＝5,10,20,30，摩尔百分比）玻璃的吸收光谱、发射光谱、激发光谱以及声子边带谱.根据稀土离子Eu3+光学跃起矩阵元的特点，从发射光谱获得了Eu3+光学跃起的J-O参数Ω2与Ω4.结果显示,强度参量Ω2随着Bi2O3量的增加与TeO2量的减少而减小，表明材料的对称性提高， Eu-O键强减弱，共价性减弱.随着Bi2O3量的增加，电－声子偶合减弱,材料的热稳定性大幅度提高.     

过渡族金属掺杂Al(111)表面对氢分子催化分解的影响

为了探求过渡金属催化剂对催化合成储氢材料NaAlH₄效果的影响, 本文采用第一性原理方法研究了多种金属原子取代Al (111)表面铝原子形成的合金表面对氢的催化分解的影响. 计算结果表明, Sc, V, Fe, Ti原子掺杂的表面对氢分子分解具有催化作用. H₂在对应的掺杂表面催化分解所需要的活化能分别为0.54 eV, 0.29 eV, 0.51 eV, 0.12 eV. H原子在Sc, V, Ti掺杂表面扩散需要的活化能分别为0.51 eV, 0.66 eV, 0.57 eV. 同时, 过渡金属掺杂在Al表面时倾向于分散分布, 增加掺杂表面的掺杂原子个数, 掺杂表面的催化效果体现为单个掺杂过渡金属原子的催化效果. 本研究将为金属掺杂Al (111)表面催化加氢合成NaAlH₄提供理论参考.     

硼掺杂增强g-C3N4基单原子催化剂性能的第一性原理研究

单原子催化剂(SACs)以其最大的金属原子利用率和较高的催化活性而备受关注.本文提出了在Mn负载g-C₃N₄单层(Mn/g-C₃N₄)中进行B掺杂的方案来提升单原子催化剂的光催化活性,并利用第一性原理对Mn/B-g-C₃N₄单原子催化剂的晶体结构,电子结构,带边位置和光学性质进行计算.计算结果表明B掺杂具有较强的结构稳定性,带隙变小,同时带隙中出现杂质能级,导致吸收边向可见光区发生红移,提高了g-C₃N₄在太阳光下光吸收能力和光催化活性,研究结果为制备高效的g-C₃N₄基光催化SACs提供了理论指导.     

Pr3+:Y2SiO5中的反斯托克斯荧光谱及其对基态Stark分裂能级的确定

掺杂在晶体Y2 SiO5(YSO)中的Pr3 ,运用脉冲激光激发 3H4 → 1 D2 跃迁 ,粒子通过非辐射能量转移从能级 1 D2 转移到能级 3P0 ,测得了对应于 3P0 → 3H4 跃迁的反斯托克斯荧光光谱 ,由此可确定 3H4 的Stark分裂能级以及 3P0 能级的能量高度。与运用激光激发 3H4 → 1 D2 跃迁 ,通过观察 1 D2 → 3H4 斯托克斯荧光光谱确定3H4 的Stark分裂能级方法相比 ,该过程避免了不同晶点位置中 (Crystallographicsite)Pr3 的 1 D2 能级间的能量转移影响 ,从而具有较高的确定性。同时 ,我们观察了反斯托克斯荧光的时间特性     

Gd和Ti共掺杂对BiFeO_3矫顽力和剩余磁矩的影响(英文)

通过快速液相烧结法制备了BiFeO3、Bi0.9Gd0.1FeO3和Bi0.9Gd0.1Fe0.95Ti0.05O3(BGFTO)块材.x射线衍射和拉曼散射光谱表明Gd和Ti共掺杂后的BGFTO样品产生结构相变.共掺杂样品BGFTO室温下的铁磁性得到显著提高,矫顽力达到1.51T,剩余磁矩为0.175emu/g.磁性得到显著提高的根本原因是共掺杂引起元素替换导致了体系中的螺旋磁结构被抑制.A位和B位共掺杂是引发BiFeO3自发磁化的最有效的方法.