Mg~(2+)掺杂锰酸锂的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对Mg~(2+)掺杂锰酸锂的晶格常数与能带结构、态密度、键布居进行计算和分析,计算结果表明:掺杂Mg~(2+)后将会促使Mn、 O原子的电荷重新分布且其相互作用加强,能带带隙减小,费米能级附近的带数增加,费米能由-1.29 eV增加到-1.02 eV, Mn、 O、 Mg在总态密度中贡献比较大,锂离子贡献比较小且峰型尖锐局域化严重,提高了Li~+的扩散效率, Mn—O键变短,共价性增强,形成的共价键较稳定,其相互作用形成的骨架较稳定不易坍塌.从而提高了材料的循环充放电性能和电池使用寿命.     

LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2制备及表征

采用共沉淀法制备了LiNi0.5Mn0.5O2.XRD,Raman测试都表明材料是六方结构.XPS检测得出镍主要以正二价存在,锰元素主要以正四价存在.合成的LiNi0.5Mn0.5O2得到了50次的循环,但比容量较低.充放电循环性能比较研究表明,经过40次循环后,0.3,0.6,1.5 C的放电比容量分别是65.88,61.56,52.23 mA.h.g-1.     

第一性原理计算：锰酸锂掺杂Fe和Co的性质研究

文章基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了LiMn2O4电池材料在掺杂Fe和Co离子时的电子结构和电化学性能。发现Fe\Co取代Mn3+在热力学上是会更加稳定,提升电化学性能。掺杂Fe后,LiMn2O4电池材料晶格参数减小(约0.3%);掺杂Co后,LiMn2O4电池材料晶格参数减小(约0.5%)。这两种掺杂方式让与之相邻的Mn3+被氧化成Mn4+,从而降低了Jahn-Teller畸变情况产生可能性。对于掺Fe尖晶石型锰酸锂(Li8Mn15FeO32),Mn环境中的Li离子会更容易被提取,第一次放电电压从原来的3.7V增加至4.623V;对于掺Co尖晶石型锰酸锂(Li8Mn15CoO32),第一次放电电压从原来的3.7V增加至4.101V。研究为锂电池电容量研究提供理论数据的参考。     

第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

本文利用第一性原理研究了In:Mn:LiNbO_3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究结果显示,掺锰铌酸锂晶体的杂质能级主要由Mn的3d态轨道贡献,在禁带中处于较浅的位置,在价带顶端也有所贡献,晶体带隙较纯铌酸锂晶体变窄;Mn:LiNbO_3晶体分别在1.66,2.85 eV等位置形成了吸收峰;掺In的Mn:LiNbO_3晶体在1.66 eV附近的吸收明显减弱,掺铟浓度约为闽值(约3 mol%)时在1.66 eV吸收继续减弱,并出现了一些新的光吸收峰.本文提出了1.66 eV的吸收与Mn2+离子相关,因掺铟离子而出现的2.13 eV的吸收与Mn~(3+)离子相关,这两峰随着掺铟离子的增加将出现前者减弱而后者增强的变化,该变化可以用电荷在锰、铟离子间的转移解释;还提出在铟、锰共掺铌酸锂晶体中,若光存储的记录光选择低能段(1.66 eV附近),此时对应记录灵敏度要求较小的掺铟量等观点.     

锂离子电池掺钴正极材料电子结构的DV-Xa研究

采用原子基表示的第一原理赝势方法，计算了正极材料LiMn2O4的电子结构，发现LiMn2O4的价带主要是由Mn(8)和Mn(9)的3d轨道和O(7)、O(6)、O(4)的2p轨道构成，导带主要是由Mn(8)和Mn(9)的3d轨道和O(7)的2p轨道构成．通过计算Li5Mn2C0O8的电子结构，发现在LiMn2O4中用钴离子取代16d位锰离子将使电极材料的费米能减小，放电电压降低；锂离子的净电荷增大，锂离子与氧离子的相互作用增强，可逆容量降低；同时由于价带宽度变窄，Co-O键间的相互作用比Mn-O键间的相互作用强，所以，结构稳定性增加，电极循环性能改善．     

锰掺杂二硅化铬电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法计算了锰掺杂二硅化铬(CrSi2)体系的能带结构、态密度和光学性件质.计算结果表明末掺杂CrSi2属于间接带隙半导体间接带隙宽度△ER=0.35 eV;Mn掺杂后费米能级进入导带,带隙变窄,且间接带隙宽度△Eg=0.24 eV,CrSi2转变为n型半导体.光学参数发生改变,静态介电常数由掺杂前的ε1(O)=32变为掺杂后的ε1(O)=58;进一步分析了掺杂对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质的影响,为CrSi2材料掺杂改件的研究提供r理论依据.     

三维自支撑甲苯灰微球锂硫电池正极材料的制备与性能研究

新能源交通工具的飞速发展激发了人们对高能量密度电池技术的探索,锂硫电池因为具有较高的理论能量密度被视为锂离子电池的替代品。但由于硫具有导电性差和多硫化物的穿梭效应等问题,锂硫电池的商业化应用仍面临巨大的挑战。基于此,为改善锂硫电池的性能,设计了一种高导电性三维支撑的正极结构:多级交联的三维导电网络能够有效提高正极材料导电性;纳米碳球堆叠形成的孔道结构提供了丰富的反应活性点位和体积缓冲空间。测试结果表明,这种新型正极结构在0.15 C的电流倍率下放电比容量高达1 124 mAh g-1;在2 C的大电流倍率充放电200次循环后,放电比容量仍能保持在591 mAh g~(-1),表现出良好的循环稳定性和电化学稳定性。     

Mg、Ge、Te、Zn掺杂LiFePO4电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mg、Ge、Te、Zn掺杂的LiFePO4的能带结构、总态密度以及分态密度. 研究结果显示：Mg、Ge、Te、Zn掺杂的LiFePO4的带隙低于本征体系,有利于电子的跃迁.本征LiFePO4的能带与掺Mg、Ge、Te、Zn体系带隙之差分别为0.04 eV,0.263eV,0.691eV,1.251eV, 说明掺杂Mg、Ge、Te、Zn能够有效的对其能带实现精确调控.在费米能级处,Mg、Ge、Te、Zn掺杂LiFePO4的态密度主要由Fe的d轨道贡献.     

锂/钠混合离子电池正极材料Na2FePO4F/C的第一性原理研究

将锂/钠混合离子电池正极材料Na₂FePO₄F/C作为研究对象，建立Na₂FePO₄F、NaFePO₄F、NaLiFePO₄F、Na₂FePO₄F/C、NaFePO₄F/C、NaLiFePO₄F/C的结构模型，并依据第一性原理密度泛函理论，分析了这六种材料的能带、态密度、键长变化以及形成能.研究结果显示，相比于单一的Na₂FePO₄F,石墨烯包覆的Na₂FePO₄F的金属特性更良好，电子传输性质更优异，同时具有更加稳定的结构，这表明在电池长时间循环过程中，Na₂FePO₄F/C晶体结构不容易发生坍塌，容量衰减率更小，这为碳包覆改性制备复合正极材料提供了理论依据.     

钠掺杂磷酸铁锂晶格变化和电化学性能

利用固相法合成了钠掺杂的LiFePO₄,结构表征显示钠离子成功地掺入到了晶格中．SEM显示其粒径在1～3 μm．XRD显示钠掺杂样品晶胞变大．电池测试表明样品0.1 C放电150 mAh/g,5和7.5 C下分别放电109和107 mAh/g．1和5 C循环时,与初始放电容量相比,样品容量保持率分别为84%(1000次循环后)和86%(350次循环后),表现了优异的结构稳定性和循环性能．研究表明钠离子掺杂可以有效地提高磷酸铁锂的电化学活性,尤其是循环性能．     

锂离子电池掺钴正极材料电子结构的DV-Xα研究

采用原子基表示的第一原理赝势方法 ,计算了正极材料LiMn2 O4的电子结构 ,发现LiMn2 O4的价带主要是由Mn(8)和Mn(9)的 3d轨道和O(7)、O(6 )、O(4 )的 2p轨道构成 ,导带主要是由Mn(8)和Mn(9)的 3d轨道和O(7)的 2 p轨道构成 .通过计算Li5Mn7CoO8的电子结构 ,发现在LiMn2 O4中用钴离子取代 16d位锰离子将使电极材料的费米能减小 ,放电电压降低 ;锂离子的净电荷增大 ,锂离子与氧离子的相互作用增强 ,可逆容量降低 ;同时由于价带宽度变窄 ,Co-O键间的相互作用比Mn -O键间的相互作用强 ,所以 ,结构稳定性增加 ,电极循环性能改善 .     

氢化非晶碳薄膜的光致发光线型及其激发能量依赖关系

本文报道了氢化非晶碳薄膜在2.9-4.5eV光激发下的发光谱。它的光致发光谱是无结构的不对称宽带,半宽度约为0.8eV。在低于3.56eV的光激发下,谱带的峰值能量随激发能量的降低明显红移。在安德森带结构和指数分布的带尾态密度的基础上,考虑了尾态中粒子的两种跃迁过程,实验的PL谱就可得到解释。并用这个简单模型计算了这种材料的光致发光谱特征。     

Mn掺杂LiFePO4的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 计算了不同Mn掺杂浓度LiFe_1-xMn_xPO₄ (x=0,0.25,0.50,0.75) 的电子结构. 同时采用流变相辅助高温固相碳热还原法制备了LiFe_1-xMn_xPO₄ (x= 0,0.25,0.50,0.75) 材料. 理论计算表明: LiFePO₄具有E_g = 0.725 eV的带隙宽度, 为半导体材料. 通过Fe位掺杂25%的Mn离子可最大程度地 减小材料带隙宽度、降低Fe---O键及Li---O键键能, 进而提高材料的电子电导率及锂离子扩散速率. 实验结果亦表明, 当Mn掺杂量x=0.25时, 材料具有最优的电化学性能, 其具有约为158 mAh· g^-1的放电比容量以及551 Wh· kg^-1的能量密度. 理论计算与实验结果非常符合.     

Si掺杂Al_2O_3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析.结果发现:随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5 e V,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Theoretical investigations of half-metallic ferromagnetism in new Half-Heusler YCrSb and YMnSb alloys using first-principle calculations

Structural,electronic,and magnetic properties of new predicted half-Heusler YCrSb and YMnSb compounds within the ordered MgAgAs Clb-type structure are investigated by employing first-principal calculations based on density functional theory.Through the calculated total energies of three possible atomic placements,we find the most stable structures regarding YCrSb and YMnSb materials,where Y,Cr(Mn),and Sb atoms occupy the(0.5,0.5,0.5),(0.25,0.25,0.25),and(0,0,0) positions,respectively.Furthermore,structural properties are explored for the non-magnetic and ferromagnetic and anti-ferromagnetic states and it is found that both materials prefer ferromagnetic states.The electronic band structure shows that YCrSb has a direct band gap of 0.78 eV while YMnSb has an indirect band gap of 0.40 eV in the majority spin channel.Our findings show that YCrSb and YMnSb materials exhibit half-metallic characteristics at their optimized lattice constants of 6.67  and 6.56 ,respectively.The half-metallicities associated with YCrSb and YMnSb are found to be robust under large in-plane strains which make them potential contenders for spintronic applications.     

掺铁铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。     

掺锰铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。