C60富勒烯及其非经典衍生物:C58,C59和C62的第一性原理计算

利用密度泛涵理论对具有四元环、五元环、六元环、七元环、八元环和九元环等的C60富勒烯及其非经典衍生物:C62,C60,C59和C58共8个笼状分子进行了结构优化和电子结构计算,得到平衡构型下的结合能、HOMO-LUMO能隙、电离能、电子亲和能.对具有缺陷环的富勒烯,还研究了H2分子的贯穿行为,讨论了贯穿势垒与缺陷环尺寸的关系.     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

二氧化碳对质子化甲醇的溶剂化作用 (cited: 1)

利用团簇模型研究了二氧化碳对质子化甲醇的溶剂化作用．H⁺(CH₃OH)(CO₂)_n⁺(n=1～7)的量子化学计算结果表明,需要3个或4个二氧化碳分子完成甲醇的羟基第一溶剂层．除了氢键,二氧化碳分子间的相互作用对大团簇的稳定性也起到了重要的作用．在这些溶剂化作用的早期阶段,不容易发生质子从甲醇到二氧化碳的转移过程．模拟的红外光谱揭示了自由O-H伸缩振动、氢键作用后的O-H伸缩振动、以及二氧化碳的O-C-O伸缩振动频率是研究质子化甲醇溶剂化过程的灵敏探针．     

MgSiO_3钙钛矿高温高压特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,计算了MgSiO_3钙钛矿在零温和0～150 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,并利用准简谐近似Debye模型,拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程得到了其高温高压下的热力学性质.通过与现有的理论和实验的结果数据比较,确认在0～2000 K的温度区间内,第一性原理计算结合Debye模型能够较可靠地模拟在下地幔压力范围内MgSiO_3钙钛矿的热力学性质.     

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.     

Mechanical properties of bcc Fe-Cr alloys by first-principles simulations

The effect of chromium content on the fundamental mechanical properties of Fe-Cr alloys has been studied by first-principles calculations. Within a random solid solution model, the lattice constants and the elastic constants of ferromagnetic bcc Fe_1?x Cr _x (0? · ?0.156) alloys were calculated for different compositions. With addition of Cr content, the lattice parameters of Fe-Cr alloys are larger than that of pure Fe solid, and the corresponding Young??s modulus and shear modulus rise nonmonotonically with the increasing Cr content. All alloys (except 9.4 at% Cr) exhibit less ductile behavior compared with pure bcc Fe. For the Fe_1?x Cr _x (0? · ?0.156) alloys, the average magnetic moment per atom decreases linearly with the increasing Cr concentration.     

笼状Au团簇的休克尔模型研究

这篇文章分别用简单和扩展休克尔模型处理四种具有较大尺寸的笼状Au团簇(Au32,Au42,Au50,Au72),这四种团簇经理论计算预言具有较高的稳定性. 将两种休克尔模型计算得到的能级分布,最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)之间能隙,以及平均结合能与密度泛函理论的计算结果进行比较,探讨了采用休克尔模型研究笼状Au团簇的适用性,进而讨论了这些笼状团簇的球形芳香性.     

MgO高温高压特性及相变的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论计算了MgO在零温(0K)下和0~200GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量,以及B1、B4和B8相结构的MgO的声速随压力的变化。利用准简谐近似下的Debye模型,通过拟合三阶Birch-Murnaghan物态方程模拟了高温效应并对三个相在高温高压下的相稳定性做了研究。本工作的计算结果与前人的理论和实验结果符合较好,说明第一性原理结合准简谐Debye模型能够比较准确的模拟矿物如MgO在高温高压下的热力学性质。     

新型层状Bi2Se3的第一性原理研究

近年来,在石墨烯研究热潮的推动下,众多种类丰富、性能各异的二维化合物材料相继被发现,其中一些二维材料具有多种同素异构体,进而呈现出更丰富的性质.层状Bi2Se3由于其独特的物理性质,受到人们广泛的关注,而它的同素异构体尚未有人研究.本文采用基于密度泛函理论的结构搜索方法,预测了一个稳定的b-Bi2Se3新相,它具有良好的动力学和热力学稳定性,并在低Bi2Se3源化学势条件下容易形成.单层b-Bi2Se3是一个直接带隙为2.44 eV的二维半导体,其电子载流子有效质量低至0.52m0,在可见光范围内具有高达10^5 cm^–1的光吸收系数,并且能带边缘位置适中,可用于光催化水分解制氢气.此外,由于b-Bi2Se3在垂直层面方向的镜面对称性破缺,能够产生面外极化强度,具有0.58 pm/V的面外压电系数.鉴于其新颖的电子特性,二维b-Bi2Se3在未来的电子器件中可能发挥重要的作用.     

自旋轨道耦合视角下的二维狄拉克材料

石墨烯的发现引发了科学界探索新奇二维狄拉克材料的热潮。这类具有狄拉克线性能带色散特征的二维材料被认为是发展新物理,实现超高速、低能耗新型纳米器件的理想平台。文章首先回顾二维狄拉克材料研究的源起,然后从自旋轨道耦合作用的视角重点介绍四类代表性的二维狄拉克材料的研究进展,最后对相关领域进行总结和展望。