Stability and optoelectronic property of lead-free halide double perovskite Cs2B'BiI6 (B' = Li,Na and K)

Although lead-based perovskite solar cells have achieved more than 25% power conversion efficiency, the toxicity of lead and instability are still urgent problems faced in industrial application. Lead-free halide double perovskite (DP) materials are promising candidates to resolve these issues. Based on the density functional theory, we explore the geometric stability, thermodynamic stability, mechanical stability, electronic structures, and optical properties of the Cs₂B'BiI₆ (B' =m Li, Na and K) DP materials. By analyzing the tolerance factor and octahedral factor, we find the geometric stabilities of Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs are better than Cs₂LiBiI₆. By calculating the total energy, formation energy and decomposition energy, we propose that the most favorable structure of Cs₂B'BiI₆ is the orthorhombic phase, and Cs₂LiBiI₆ is less stable relative to the other two counterparts from an energetic viewpoint. Mechanical stability evaluations reveal that the orthorhombic Cs₂LiBiI₆ material is less stable relative to the isostructural Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs. The mechanical property calculations indicate that the Cs₂B'BiI₆ DPs possess good ductility, which can be used as flexible materials. Electronic structures and optical property calculations show that the orthorhombic Cs₂B'BiI₆ DPs have suitable band gap values, weaker exciton binding energies, and excellent optical absorption performance in the visible-light range. Based on the above comprehensive assessments, we can conclude that the orthorhombic Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs with good stability are promising candidates for solar cell applications.     

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.     

基于机器学习的水体化学需氧量高光谱反演模型对比研究

化学需氧量（COD）是水体有机污染的一项重要指标,如何快速准确检测水体的COD含量尤为重要。机器学习在水质反演领域应用日益增多,并取得了较多的研究成果,高光谱遥感具有光谱空间分辨率高、成像通道多等优势,使其在水体COD反演方面有着极大的潜力。利用不同的高光谱预处理方法对原始高光谱数据进行处理,并利用处理前后的高光谱数据对比研究了不同机器学习模型、不同高光谱预处理方法对水体COD的反演性能。首先利用ZK-UVIR-I型原位光谱水质在线监测仪在扬州宝带河实地收集了1 548组COD和对应的高光谱数据（400~1 000 nm）样本,为降低光谱噪音干扰以及消除光谱散射影响,分别使用Savitzky-Golay（SG）平滑、多元散射校正数据（MSC）以及SG平滑结合MSC对原始光谱进行预处理。其次,将样本集随机划分为训练集和测试集,其中训练集占比80%,测试集占比20%。对预处理后的训练集全波段光谱基于线性回归、随机森林（random forest）、AdaBoost、XGBoost四种机器学习方法建立COD高光谱反演模型,并选取了决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、相对分析误差（RPD）三种指标在测试集数据中评估高光谱反演模型的精度。结果表明,随机森林、AdaBoost、XGBoost均优于线性回归,无论光谱处理与否,通过XGBoost建立的反演模型预测能力均为最佳,其中使用XGBoost对经过SG平滑和MSC处理后的光谱数据进行建模的反演模型精度最高,其R2达到0.92,RMSE为7.1 mg·L-1,RPD为3.4。考虑到原始光谱可能存在冗余,通过主成分分析法（PCA）对经过SG平滑和MSC处理后的光谱进行降维,并选取累计贡献率达到95%的前十个主成分作为模型的输入变量。通过XGBoost建立反演模型,结果表明经过PCA后的反演模型不仅精度有所上升,RPD达到3.8,而且模型的训练时间也由72 s缩短到2.9 s。以上研究可为该水域及类似水域的高光谱水质反演模型的建立提供新的方法及思路。     

多铁材料BaCoF4电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BaCoF4的铁电反铁磁相和可能的顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.研究表明,反铁磁态很可能有利于低温下的铁电稳定性,F的强负电性使得体系内原子间主要是离子键相互作用.Co离子与在bc面上的F(2),F(3)离子间完全是离子键作用,而与F(4)间有较弱的共价作用,与F(1)间作用介于两者之间.铁电畸变主要来源于Ba离子与F(1),F(2),F(3)离子沿着c轴方向的相对位移,F(4)对铁电性的贡献最少.铁电相中F(2),F(3)离子的能量低于中心对称相,最大位移贡献者F(1)的化学键性由弱共价作用到离子键的变化也是最大的,这均有利于体系的稳定.     

钒酸盐化合物NaV_2O_5的水热合成及电化学性质

应用水热合成法制备NaV2O5晶体,XRD、SEM、拉曼光谱和XPS分析测试及电化学表明,该材料属正交晶系,空间群为Pmmn,呈纯相的棒状结构,长度约有20μm,宽度大约200 nm.该材料的V离子均价为+4.5价.首次放电容量达到120 mAh/g,放电平台为2.0 V.经过20个循环,容量保持率98 mAh/g,表现了良好的循环性能.     

EMT与β沸石的异丁烷／丁烯烷基化反应性能比较

异丁烷／丁烯烷基化反应是生产高辛烷值汽油的重要途径［‘j．目前,工业生产烷基化汽油使用HF或H。SO。作为催化剂,存在严重的环保和安全问题．用固体酸催化剂替代液体酸的研究已有30多年历史．90年代初,一种新型六方相八面沸石（现称为EMT）被合成出来［‘j,这种沸石是具有两维交叉直孔道体系的大孔沸石［’‘,且其H型结构具有强酸性“’,因而很快受到人们的重视．St6cker等人‘’‘使用半批量式反应器的研究表明,HEMT是一种优良的异丁烷／丁烯烷基化催化剂．另外,Corma等人＊‘使用固定床反应器的研究表明,HS沸石对该烷基…     

First-principles study of orbital ordering in cubic fluoride KCrF_3

Comprehensive first-principles calculations are performed to provide insight into the intriguing physical properties of the ternary cubic fluoride KCrF3. The electronic structures exhibit a prominent dependence on the effective local Coulomb interaction parameter Ueff. The ground state of the cubic phase is a ferromagnetic （FM） half-metal with Ueff equal to 0, 2, and 4 eV, whereas the insulating A-type antiferromagnetic （A-AFM） state with concomitant homogeneous orbital ordering is more robust than the FM state for Ueff exceeding 4 eV. We propose that the origin of the orbital ordering is purely electronic when the cooperative Jahn-Teller distortions are absent in cubic KCrF3.     

BiFeO3中各离子在铁电相变中作用本质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BiFeO₃的铁电反铁磁相和可能的高温顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.计算验证了BiFeO₃基态为G型反铁磁有序,Fe离子的理论磁矩与实验值相符.铁电相变发生后,Bi-6s态和6p态发生了电荷转移,Bi-6s电子的作用更加明显.Born有效电荷的研究表明铁电畸变主要表现为Bi原子的位移,并且电极化强度计算值很好地符合薄膜实验结果.部分态密度的计算表明Bi-6p态的成键轨道与反键轨道间的能量劈裂 关键词： 第一性原理 铁电性 铁电畸变 反铁磁性     

梯形化合物NaV2O4F电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法, 通过自旋极化的广义梯度近似(GGA)电子结构计算对梯形化合物NaV₂O₄F进行了研究. 考虑了四种假想的自旋有序态,计算结果表明该化合物的磁基态具有二维反铁磁(AFM)结构, 即沿梯阶和梯腿方向都表现为AFM作用. 能带结构显示NaV₂O₄F为绝缘体材料, 带隙约为1.0eV. 方锥体中的晶体场劈裂使得VO₄F方锥体中的 V^{4+ 关键词： 2O₄F')" href="#">NaV₂O₄F 梯形化合物 第一性原理计算 电子结构}     

BiFeO3中各离子在铁电相变中作用本质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BiFeO3的铁电反铁磁相和可能的高温顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.计算验证了BiFeO3基态为G型反铁磁有序,Fe离子的理论磁矩与实验值相符.铁电相变发生后,Bi-6s态和6p态发生了电荷转移,Bi-6s电子的作用更加明显.Born有效电荷的研究表明铁电畸变主要表现为Bi原子的位移,并且电极化强度计算值很好地符合薄膜实验结果.部分态密度的计算表明Bi-6p态的成键轨道与反键轨道间的能量劈裂大于其他电子态,使得Bi-6p态与O-2p态的共价作用选择性增强,这是铁电畸变的根本引发机理.Bi-6s电子因静电斥力而发生了极化,且没有参与Bi-6p轨道与O-2p轨道间的杂化,其电荷转移缘于其与O-2s,2p轨道发生了微弱的共价作用,并因此而强化了6s态电子的极化,这种共价作用更利于Bi-O间的相对位移,也是体系强电极化产生的原因.