Mo掺杂LiFePO4正极材料的第一性原理研究

基于第一性原理密度泛函理论计算了LiFePO₄和LiFe_1-xMo_xPO₄(x=0.005,0.01,0.015,0.02,和0.025)的电子结构和锂离子扩散能垒。结果显示掺杂后的LiFe_0.99Mo_0.01PO₄样品具有最大的(101)晶面间距,由此可知LiFe_0.99Mo_0.01PO₄沿[101]晶向具有最宽的锂离子扩散通道。未掺杂的LiFePO₄的锂离子扩散能垒为4.289eV,而掺杂后LiFe_0.99Mo_0.01PO₄降为4.274eV,经过计算得出掺杂样品LiFe_0.99Mo_0.01PO₄的锂离子扩散系数增为未掺杂LiFePO₄的1.79倍,表明Mo掺杂有利于改善LiFePO₄的锂离子扩散能力。态密度图显示,掺杂Mo后导带底附近的峰强度增强,对LiFePO₄电子导电性能的提高是有利的。因此,掺杂Mo有益于提高LiFePO₄的锂离子扩散能力和电子导电能力。结合我们的实验结果比较得知,在磷酸铁锂性能的改善上,相比电子导电能力,锂离子扩散能力的提高起到了更重要的作用。     

Mo掺杂LiFePO4正极材料的第一性原理研究

基于第一性原理密度泛函理论计算了LiFePO4和LiFe1-xMoxPO4(x=0.005,0.01,0.015,0.02,和0.025)的电子结构和锂离子扩散能垒。结果显示掺杂后的LiFe0.99Mo0.01PO4样品具有最大的(101)晶面间距,由此可知LiFe0.99Mo0.01PO4沿[101]晶向具有最宽的锂离子扩散通道。未掺杂的LiFePO4的锂离子扩散能垒为4.289 eV,而掺杂后LiFe0.99Mo0.01PO4降为4.274 eV,经过计算得出掺杂样品LiFe0.99Mo0.01PO4的锂离子扩散系数增为未掺杂LiFePO4的1.79倍,表明Mo掺杂有利于改善LiFePO4的锂离子扩散能力。态密度图显示,掺杂Mo后导带底附近的峰强度增强,对LiFePO4电子导电性能的提高是有利的。因此,掺杂Mo有益于提高LiFePO4的锂离子扩散能力和电子导电能力。结合我们的实验结果比较得知,在磷酸铁锂性能的改善上,相比电子导电能力,锂离子扩散能力的提高起到了更重要的作用。     

Cs2ZnCl4∶Ce3+,Mn2+的合成及其多模发光性能

近年来,低维无铅金属卤化物由于其独特的光学性质、低毒性和优异的环境稳定性等优点受到了广泛关注。采用水热法成功制备Cs₂ZnCl₄∶Ce³⁺、Cs₂ZnCl₄∶Mn²⁺以及Cs₂ZnCl₄∶Ce³⁺,Mn²⁺等微米晶,并利用X射线衍射仪、荧光光谱仪等表征手段对其物相和发光特性进行了系统性研究。研究结果表明,Cs₂ZnCl₄微米晶为正交相零维结构,其发射光谱依赖于掺杂离子的激发波长,例如,Ce³⁺离子掺杂的Cs₂ZnCl₄微米晶在254nm的激发条件下,其发射光谱峰位位于350nm,对应于Ce³⁺离子4f-5d的跃迁;Mn²⁺离子掺杂的Cs₂ZnCl₄微米晶在361nm的激发条件...     

基于密度泛函理论对等离子体中H/CO2相互作用的第一性原理研究

深入理解辐照条件下氢同位素与CO₂反应的微观机制,可为聚变堆氘氚燃料循环工艺的优化设计提供数据支撑。基于此,采用第一性原理计算研究了等离子体放电条件下H₂和CO₂的微观反应机制,研究了不同温度和氢同位素效应对反应过程的影响。通过内禀反应坐标（IRC）算法结合反应过渡态获得4条初始反应路径,并对比研究了生成产物CH₄及CH₃OH的2条路径在热力学上的容易程度,以及不同氢同位素对各个反应的影响。研究发现,氚的自发衰变或等离子体中的高能电子都会诱导氢同位素与CO₂发生反应,形成CO、H₂O、CH₄及CH₃OH等产物;在高能电子诱导CO₂的离解后,由4条初始反应路径组成的复杂反应可以自持发生,且该复杂反应中存在2种倾向;升高反应温度对CO₂转化为有机物（CH₄和CH₃OH）具有一定的促进作用。     

K+掺杂双钙钛矿Cs2AgInCl6的发光性质

采用固相球磨法制备了K⁺掺杂双钙钛矿Cs₂AgInCl₆纳米材料,该方法无需配体辅助,绿色环保。通过X射线衍射谱和拉曼光谱对晶体结构进行研究,通过激发光谱、发射光谱和时间分辨光谱对其发光性能进行研究。结果表明,Cs₂AgInCl₆为立方晶体,属于Fm3m空间群,由于宇称禁戒跃迁,其荧光量子产率(PLQY)低,小于0.1%。低于60%的K⁺掺杂主要取代Ag⁺的位置,引起Cs₂AgInCl₆的晶格膨胀,消除了晶格结构的反演对称性,打破了宇称禁戒跃迁,掺杂后Cs₂AgInCl₆的光致发光强度显著增强。K⁺的最佳掺杂比例为40%,Cs₂Ag_0.6K_0.4InCl₆发出中心波长为640 nm,半高宽为180 nm,平均荧光寿命达到29.2 ns,PLQY达到10.5%。当K⁺掺杂比例超过60%,K⁺开始取代Cs⁺的位置,产物发生相变,出现立方相的Cs_2-xK_1+x-yAg_yInCl₆和单斜相的Cs_2-xK_1+xInCl₆产物,这些产物由于强电子-声子耦合,非辐射复合占据主导地位。     

Au和I掺杂无机无铅双钙钛矿Cs2NaBiCl6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方法,研究了Au和I单掺杂及共掺杂双钙钛矿Cs₂NaBiCl₆的电子结构和光学性质。结果表明,当Au以0.25的浓度掺杂Cs₂NaBiCl₆中的Na时,掺杂结构的带隙低至1.86 eV,下降最显著。I单掺杂结构的带隙随掺杂浓度的增加而减小。相比掺杂前,各种浓度Au和I单掺杂结构的吸收光谱都发生了红移。Au和I的共掺杂导致带隙降低。其中Au和I在Cs₂NaBiCl₆晶体内均匀相邻位置时,共掺结构的带隙最小,在400~700 nm可见光区的光吸收能力最强,对可见光的利用率最高。     

SnO2表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能

钙钛矿太阳能电池(PSCs)成为近几年来迅速发展的新型太阳能电池,其中将SnO₂纳米粒子层用作电子传输层(ETL)的钙钛矿太阳能电池器件得到了广泛的关注。SnO₂有着更低的制备温度,使其具备应用于柔性器件的潜力,但与钙钛矿层能级不匹配等问题限制着其发展。而在界面处加入钝化层,尤其是表面卤化的方法或可解决这一问题。本文综合研究了SnO₂表面卤化对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,选用四丁基氯化铵(TBAC)、四丁基溴化铵(TBAB)和四丁基碘化铵(TBAI)三种钝化材料对SnO₂表面进行钝化处理,并对钝化材料溶液进行了浓度梯度研究。通过材料形貌、结构和光学性能表征以及电池器件性能测试分析等方法,证明了SnO₂表面卤化可提高钙钛矿层的质量和PSCs光伏性能,并从器件内部电荷传输动力学等角度解释了器件性能改善的原因。为进一步说明其性能改善的机理,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对材料表面性质进行了深入研究,从能量、结构、电荷密度、态密度、功函数等角度解释了表面卤化提高SnO₂/钙钛矿界面处电子传输特性的原因。实验和理论计算均表明TBAC对于SnO₂具有较好的钝化效果,并随着溶液浓度的提升钝化作用越明显。SnO₂表面卤化作用的深入研究不仅对提高电池器件性能具有实际意义,还能够帮助理解太阳能电池界面现象,为界面改性提供新的研究思路。     

Se和SeO2在O2/CaO (001)表面吸附反应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理和平板模型构造了最稳定的O₂/CaO（001）表面,通过优化Se和SeO₂在此表面可能的初始吸附结构得到最佳吸附构型,分析了Se原子在O₂/CaO（001）表面向SeO₂的转化。结果表明,Se原子在O₂/CaO（001）表面的稳定吸附构型主要有两种,即O-Se-O和O-O-Se基团,其中,O-O-Se基团的Se终端具有一定化学活性;Se在O₂/CaO（001）表面向SeO₂转化所需反应能垒小于均相条件下生成SeO₂所需反应能垒,表明CaO不仅作为吸附剂,也能促进Se向SeO₂的转化;SeO₂分子在O₂/CaO（001）表面发生化学吸附时,吸附基底的部分价电子转移至SeO₂分子轨道中。     

H2分子在LaFeO3表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算表面能确定La Fe O_3(010)表面为最稳定的吸附表面,研究了H_2分子在La Fe O_3(010)表面的吸附性质。La Fe O_3(010)表面存在La O和Fe O_2两种终止表面,但吸附主要发生在Fe O_2终止表面,由于La Fe O_3(010)表面弛豫的影响,使得凹凸不平的表面层增加了表面原子与H原子的接触面积,表面晶胞的纵向体积增加约2.5%,有利于H原子向晶体内扩散。研究发现,H_2分子在La Fe O_3(010)表面主要存在3种化学吸附方式:第一种吸附发生在O-O桥位,2个H原子分别吸附在2个O原子上,形成2个-OH基,这是最佳吸附位置,此时H原子与表面O原子的作用主要是H1s与O_2p轨道杂化作用的结果,H-O之间为典型的共价键。H_2分子的解离能垒为1.542 e V,说明表面需要一定的热条件,H_2分子才会发生解离吸附;第二种吸附发生在Fe-O桥位,1个H原子吸附在O原子上形成1个-OH基,另一个H原子吸附在Fe原子上形成金属键;第三种吸附发生在O顶位,2个H原子吸附在同一个O原子上,形成H_2O分子,此时H_2O分子与表面形成物理吸附,H_2O分子逃离表面后容易形成氧空位。此外,H_2分子在La Fe O_3(010)表面还可以发生物理吸附。     

H2分子在LaFeO3表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算表面能确定LaFeO₃(010)表面为最稳定的吸附表面,研究了H₂分子在LaFeO₃(010)表面的吸附性质。LaFeO₃(010)表面存在LaO和FeO₂两种终止表面,但吸附主要发生在FeO₂终止表面,由于LaFeO₃(010)表面弛豫的影响,使得凹凸不平的表面层增加了表面原子与H原子的接触面积,表面晶胞的纵向体积增加约2.5%,有利于H原子向晶体内扩散。研究发现,H₂分子在LaFeO₃(010)表面主要存在3种化学吸附方式:第一种吸附发生在O-O桥位,2个H原子分别吸附在2个O原子上,形成2个-OH基,这是最佳吸附位置,此时H原子与表面O原子的作用主要是H1s与O2p轨道杂化作用的结果,H-O之间为典型的共价键。H₂分子的解离能垒为1.542 eV,说明表面需要一定的热条件,H₂分子才会发生解离吸附;第二种吸附发生在Fe-O桥位,1个H原子吸附在O原子上形成1个-OH基,另一个H原子吸附在Fe原子上形成金属键;第三种吸附发生在O顶位,2个H原子吸附在同一个O原子上,形成H₂O分子,此时H₂O分子与表面形成物理吸附,H₂O分子逃离表面后容易形成氧空位。此外,H₂分子在LaFeO₃(010)表面还可以发生物理吸附。     

Structural,electronic, and optical properties of Cd-halide-based inorganic LiCdX3 (X = F,Cl) perovskites for photovoltaic applications: A density functional theory study

Halide base perovskite LiCdX₃ (X = F, Cl) is tested by CASTEP (Cambridge Serial Total Energy Package) based on density function theory (DFT). The presented discussion is to explore the structural, electronic, and optical properties of LiCdX₃ (X = F, Cl). The calculated values of the lattice parameter are found to be 3.8 Å and 5.27 Å of LiCdF₃ and LiCdCl₃ respectively. The ideal structure of LiCdX₃ (X = F, Cl) is cubic and dynamically stable. Electronic properties show that materials are semiconductors. The results from band structure are further evaluated by the total and partial density of states. The partial and total density of states confirms the degree of localization of electrons. In optical properties, the highest absorption coefficient is observed in LiCdCl₃. The material is half metallic and has a narrow indirect band gap which may be used in photovoltaic applications.     

反式-双(二甲基苯膦)铂配合物二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对两种反式-双(二甲基苯膦)铂配合物的几何构型进行优化,在获得稳定构型基础上,利用TD-B3LYP方法得到体系的UV-Vis吸收光谱,并用有限场(FF/B3LYP)方法探讨体系的二阶非线性光学性质(NLO).结果表明,此类铂配合物具有较大的二阶极化率,以及在可见光范围内透明等优点,是具有很好应用前景的非线性光学材料.     

High first-hyperpolarizabilities of thiobarbituric acid derivative-based donor-π-acceptor nonlinear optical-phores: Multiple theoretical investigations of substituents and conjugated bridges effect

A number of compounds including thiobarbituric acid derivative-based acceptor unit and diverse donor moieties along with two types of π-conjugated bridges have been constructed to aid in the design of the superior nonlinear optical (NLO) materials. The effect of varying the donor and bridge parts of this donor-bridge-acceptor system was analyzed in terms of structural and opto-electronic parameters such as bond length alternation and ultraviolet-visible absorption spectra. Various functionals with aug-cc-pVDZ basis set including B3LYP, PBE0, PBE38, BMK, CAM-B3LYP, and ωB97XD were employed to calculate the static and dynamic first-hyperpolarizabilities, and also the linear polarizabilities. Furthermore, the variation of the static first-hyperpolarizabilities has been explained satisfactorily in the light of the sum-over-states method and two-level model. The comprehensive study indicates that the coplanar compound D-5 with the low electronic absorption energy, strongest oscillator strength paired with the largest ground, and excited state dipole moment difference generates a dramatical increase in its static and dynamic first-hyperpolarizabilities, which would be the most worthwhile target for development as the NLO-phores.     

Self-assembly and optical properties of N N′-bis(4-(1-benzylpiperidine))perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide

Well-defined nanobelts with strong fluorescence were fabricated from a perylene tetracarboxylic diimide molecule modified with specific side-chain substitution. The new perylene diimide was characterised by ¹H, ¹³C NMR, mass and IR spectral techniques. The photophysical and electrochemical properties were investigated by UV–vis absorption, fluorescence, differential scanning calorimetry and cyclic voltammetry. 1D nanobelt self-assembly of the compound was studied with optical, fluorescence and scanning electron microscopic techniques. The observed self-assembly was supported by computational studies using density functional theory and natural bond order analysis. The optimised molecule was fit into crystal space theoretically, and the observed band gap was correlated well with optical and electrical properties.