Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法，研究了Mg在Li(Co，Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴，同时价带展宽，这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co，Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现，在二价Mg掺杂后，Li(Co，Al)O2中的Co价态升高，介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发，进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化. 关键词： Li(Co Al)O2 电子结构 第一原理 电导     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Mg在Li(Co,Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴,同时价带展宽,这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co,Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现,在二价Mg掺杂后,Li(Co,Al)O2中的Co价态升高,介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发,进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化.     

Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg, Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO₂体系的电子结构的影响，进而揭示Mg掺杂的LiCoO₂具有高电导率的机理，对Li(Co, Al)O₂和Li(Co, Mg)O₂进行了基于密度泛函理论的第一原理研究. 通过对能带及态密度的分析，发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴，提高了电导，并且通过歧化效应（disproportionation）改变了Co-3d电子在各能级的分布，而Al掺杂则没有这些作用. O关键词： 2')" href="#">LiCoO₂ 电子结构 第一原理 电导     

锂电池正极材料Li(Co,Ni)O2化合物的第一性原理研究

锂离子电池以其高能量存储密度和优良的循环性能而受到广泛关注, 尤其是其正极材料成为储能材料领域的研究热点.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对LiCoO2,LiNiO2和Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物的晶体结构、电子结构、化学键合特性进行了研究. 结果表明：Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物中主要是氧和过渡金属之间成键, 锂原子对晶体总态密度贡献很少. Ni/Co混合后将导致Li(Co0.5Ni0.5)O2中Co的3d轨道和O的2p轨道之间成键得以加强.     

锂电池正极材料Li(Co,Ni)O2化合物的第一性原理研究

锂离子电池以其高能量存储密度和优良的循环性能而受到广泛关注, 尤其是其正极材料成为储能材料领域的研究热点.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对LiCoO2,LiNiO2和Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物的晶体结构、电子结构、化学键合特性进行了研究. 结果表明：Li(Co0.5Ni0.5)O2化合物中主要是氧和过渡金属之间成键, 锂原子对晶体总态密度贡献很少. Ni/Co混合后将导致Li(Co0.5Ni0.5)O2中Co的3d轨道和O的2p轨道之间成键得以加强.     

二价金属元素掺杂对LiCoO2体系电子输运性质的影响

为了解释Ca掺杂与Mg掺杂在影响锂离子二次电池正极材料LiCoO2体系电子输运性质方面的不同效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该体系的电子结构.计算结果表明,虽然在LiCoO2体系中用Ca或Mg替代Co都会在费米能级附近产生部分占据的受主带,但两者对应的电子态都具有明显的局域化特征;此外,与Mg掺杂体系明显不同的是,Ca掺杂体系的受主带与价带之间存在清晰的带隙.这一带隙的存在正是Ca掺杂不能明显提高LiCoO2体系电导率的主要原因.此外,Ca2+与Mg2+离子半径的较大差别也是造成这两个掺杂体系的电导率存在明显差异的一个重要因素.     

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。     

掺入Ni元素的LiCoO2晶体光谱结构及电子顺磁共振g因子

在弱场图像下,利用Racah不可约张量算符方法得到了三角对称3d4/3d6电子组态的210阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵、最近邻点电荷模型晶体结构常量公式和电子顺磁共振g因子公式.研究了LiCoO2晶体和掺入Ni的LiCoO2:Ni晶体中Co3+的基态能级、晶体结构和电子顺磁共振g因子.考虑了LiCoO2晶体和LiCoO2:Ni晶体中自旋单重态和三重态对Co3+基态能级的影响,讨论了LiCoO2晶体和在LiCoO2晶体中掺杂Ni后Co3+局域结构常量大小的变化是引起Co3+的基态能级变化的主要原因,理论和实验都证实了这一点.还计算了掺杂前后的电子顺磁共振g因子,计算结果与实验值符合得较好.     

Li(AlxCo1-x)O2晶体中Co3+电子态的变化及对结构演化的影响

研究了应用于锂二次电池正极的新型高能量密度存贮材料Li(AlxCo1-x)O2 (x=01—05)的磁性.发现Al3+的掺杂可导致Co3+中d电子自旋态发生变化，即有部分d电子进入高自旋态.伴随Co3+中电子状态的改变，材料结构演化也发生了相应变化，表现为c/a比增大明显减缓，较好地解释了材料结构对Vegard定律的正偏离.这对材料的微观结构与性能设计具有重要意义. 关键词： 锂电池材料 Li（AlxCo1-x）O2 磁性 自旋态 结构演化     

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.     

Tuning electrochemical potential of LiCoO2 with cation substitution: first-principles predictions and electronic origin

With a goal to improve the performance of LiCoO₂ as a cathode material in Li-ion batteries, we simulate substitution of various elements (X = Be, Mg, Al, Ga, Si and Ti) for Co using first-principles density functional theory and predict changes in its electrochemical potential. While the electrochemical potential of LiCoO₂ is enhanced with substitution of Be, Mg, Al and Ga for Co, an opposite effect is predicted of Si and Ti substitution. We determine the electronic origin of these changes in electrochemical potential using (a) Bader method of topological analysis of charge density, (b) partial density of electronic states to estimate oxidation states of metal and oxygen, and charge re-distribution upon lithiation. We find that the distribution of electronic charge donated by Li is influenced by the nature of the X–O bond. A larger electron transfer to O (in XO₆ octahedron) upon lithiation leads to stronger Li intercalation and thereby higher electrochemical voltage. Our findings provide a platform for a rational design of cathode materials in Li batteries with enhanced voltage.     

Mg掺杂CuAlO2电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了CuAlO2晶体电子结构以及替位Mg杂质的特性。结果表明,Mg替代Al原子时形成受主杂质能级,而替代Cu原子时形成施主杂质能级;同时也计算了它们的形成能,发现前者是吸热反应,而后者是放热反应。另外,比较Mg替代Al与Mg替代Cu掺杂前后计算结果,发现前者费米能级变化不是很明显;而后者掺杂后费米能级明显向导带底移动。研究表明掺杂可改变CuAlO2的导电类型和电导强弱,此结果对实验具有很好的参考价值。     

二价金属元素掺杂对LiCoO2体系电子输运性质的影响

为了解释Ca掺杂与Mg掺杂在影响锂离子二次电池正极材料LiCoO₂体系电子输运性质方面的不同效应，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该体系的电子结构.计算结果表明，虽然在LiCoO₂体系中用Ca或Mg替代Co都会在费米能级附近产生部分占据的受主带，但两者对应的电子态都具有明显的局域化特征；此外，与Mg掺杂体系明显不同的是，Ca掺杂体系的受主带与价带之间存在清晰的带隙.这一带隙的存在正是Ca掺杂不能明显提高LiCoO₂体系电导率的主要原因.此外，Ca²⁺与Mg²⁺离子半径的较大差别也是造成这两个掺杂体系的电导率存在明显差异的一个重要因素.     

Al掺杂对Ca_2Co_2O_5结构、电子性质与磁性质的影响研究

采用密度泛函理论模拟分析的方法在赝势法平面波电子波函数的基础上研究了掺杂Ca_2Co_2O_5基体系复合氧化物的微细电子状态,并分析了其晶体结构、能带结构、亚层间及亚层内相互作用及跃迁过程的变化.结果表明,CaCoO层Al掺杂之后晶格a轴和b轴略有收缩,而c轴保持不变,且引起相对能量升高,稳定性较纯Ca_2Co_2O_5有所降低.两种Ca_2Co_2O_5基复合氧化物材料均为金属型能带.掺杂引起d电子对Ca_2Co_2O_5材料电性能的影响弱化,而p电子的影响得到强化.经过Al掺杂之后CoO层在电性能中发挥的作用增大,CaCoO层发挥的作用减小,CoO层中的Co和O对电性能的影响大幅度增强.     

Influences of Al doping on the electronic structure of Mg(0001) and dissociation properties of H2

By using the density functional theory method, we systematically study the effects of the doping of an Al atom on the electronic structures of the Mg(0001) surface and on the dissociation behaviors of H₂ molecules. We find that for the Al-doped surfaces, the surface relaxation around the doping layer changes from expansion of a clean Mg(0001) surface to contraction, due to the redistribution of electrons. After doping, the work function is enlarged, and the electronic states around the Fermi energy have a major distribution around the doping layer. For the dissociation of H₂ molecules, we find that the energy barrier is enlarged for the doped surfaces. In particular, when the Al atom is doped at the first layer, the energy barrier is enlarged by 0.30 eV. For different doping lengths, however, the dissociation energy barrier decreases slowly to the value on a clean Mg(0001) surface when the doping layer is far away from the top surface. Our results well describe the electronic changes after Al doping for the Mg(0001) surface, and reveal some possible mechanisms for improving the resistance to corrosion of the Mg(0001) surface by doping of Al atoms.     

Implementation of magnesium doping in SrTiO3 for correlating electronic,structural and optical properties: A DFT study

In present work the structural, electronic and optical properties of Pure and Mg-doped SrTiO₃ perovskites are calculated via implementing density functional theory calculation. To explore these properties, ultra-soft pseudo-potential (USP) and generalized gradient approximation (GGA) is used. The inclusion of Mg at the Sr site in SrTiO₃ not only affects the electronic band structure through generating new gamma points but also band gap increases from 1.788 eV to 1.866 eV. The introduction of Mg is well explained by the partial and total density of states which is affected by incorporating dopant in pure SrTiO₃. Optical properties also affected by doping. The absorption edge shifted towards lower value from 0.37 eV to 0.06 eV as Mg-doped in the pure SrTiO₃ that represented a red shift. The refractive index increases by doping as of 2.49 to 2.52.The doping of Mg in SrTiO₃ affects positively in electronic and optical properties and makes this material a very interesting candidate for optical devices.