Cu掺杂β-Si3N4的力学性能和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法研究了(Si_3-xCu_x)N₄(x=0,0.25,0.5,0.75,1)晶体的稳定性、力学性能和电子结构,分析了Cu掺杂对β-Si₃N₄力学性能的影响机制.结果表明,(Si_3-xCu_x)N₄为热力学稳定结构,Cu掺杂降低了β-Si₃N₄的稳定性.由弹性常数和Voigt-Reuss-Hill近似看出,(Si_3-xCu_x)N₄满足波恩力学稳定性判据,Cu掺杂使得β-Si₃N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量降低,当x=0时,(Si_3-xCu_x)N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量最大,分别为234.3 GPa、126.7 GPa和322.1 GPa.根据泊松比和G/B值判断出(...     

静水压对立方钙钛矿CsSnX3(X=I, Br, Cl)光电性质的第一性原理探究

全无机无铅卤化物钙钛矿已经成为重要的新一代太阳能电池材料.采用密度泛函理论的第一性原理研究了不同静水压下CsSnX₃(X=I, Br, Cl)材料的晶体结构,电子结构和光学性能,并分析了其内在联系.结果表明施加静水压可使材料中Sn-X键长减小,使原子之间的耦合增强,带隙值减小,且随着卤族元素半径的增大,压力效应越明显;随着压力的增加,材料的吸收系数和复折射率增大,吸收光谱出现红移现象,在可见光区和近红外光区吸收增强.相比CsSnBr₃和CsSnCl₃,CsSnI₃在可见光区吸收最佳且受压力作用影响最小,更适用于钙钛矿太阳能电池材料.     

直接带隙半导体In2(PS3)3单层结构与电子特性的第一性原理研究

高载流子迁移率和可调直接带隙是低维电子器件应用的两个关键特性.但目前发现的此类二维材料稀少.鉴于此在第一性原理计算的基础上,本文系统研究了In₂(PS₃)₃单层的稳定性、电子结构性质和机械性质.研究结果表明,In₂(PS₃)₃单层是具有直接带隙的半导体材料(1.58 eV).在-3%到3%应变下,In₂(PS₃)₃单层的带隙是可以调节的(1.3～1.8 eV).声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,In₂(PS₃)₃单层是热力学、动力学和机械稳定的.此外,In₂(PS₃)₃单层的剥离能(0.21 J m^-2)小于石墨烯的剥离能(0.36 J m^-2),有望像石墨烯一样机械剥离得到.这些优异的的性能使得In     

V2CN2负载过渡金属双原子电催化固氮的第一性原理研究

电催化剂固氮能够在温和条件下催化氮气还原制氨.本工作基于第一性原理计算,系统地探究了分散在二维V₂CN₂上过渡金属二聚体(Fe, Mo, Ru)形成的双原子催化剂用于电催化固氮的可行性.双原子的协同作用使氮气得到较好的活化.吉布斯自由能计算表明,在V₂CN₂负载双铁原子(Fe₂@V₂CN₂)体系进行的催化反应过电位最低,仅为0.25 eV.进一步的分子动力学计算表明Fe₂@V₂CN₂具有较好的结构稳定性,并且该体系能很好的抑制HER反应的发生.通过与Mo₂@V₂CN₂,Ru₂@V₂CN₂体系的比较可知,氮气分子的吸附构型以及HER反应的竞争对催化剂的选择影响很大.我们的计算能够为双原子催化剂的设计提供更多的依据.     

镍基合金掺杂W、Mo原子在γ/γ＇相界面扩散机理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理,研究掺杂W、Mo在镍基高温合金的沉淀强化γ′相分配差异的因素.通过VASP软件,建立γ′-Ni₃(Al_3/8Ti_5/8)相的体系模型,选取非等效位置的不同阵点,计算W、Mo原子在不同位置的替代形成能,分析W、Mo在γ′相的占位倾向;计算掺杂W、Mo原子前后,界面的吸附能,研究掺杂W、Mo对相界的影响;计算W、Mo原子从γ向γ′相扩散,获得W、Mo扩散的路径与势垒.结果表明,W、Mo的掺杂优先替代γ′-Ni₃(Al_3/8Ti_5/8)相5号Al原子,并提高相界的稳定性;分配的差异是W相比于Mo替代γ′相位置的Al原子更易形成空位,而γ相中的Ni原子较难形成空位,且逆扩散所需能量更多导致的.     

TiO2纳米层(110)表面对DNA强吸附的第一性原理研究

纳米二氧化钛(TiO₂)由于具有卓越的生物相容性和优异的物理性能,因此有望在生物医学领域中发挥重要的作用,且应用前景广阔.利用第一性原理计算,深入地研究了金红石型TiO₂纳米层(110)表面与脱氧核糖核酸(DNA)不同碱基在界面之间的吸附性能及相互作用的原子机制.通过分析结合能和功函数的计算结果发现,TiO₂纳米层(110)表面对DNA碱基的吸附强度显著增强,比典型二维纳米材料的吸附强度大两倍以上.进而,通过研究电子能带结构和态密度计算结果,阐明了二者在界面之间的吸附机制,其起源于吸附体系显著降低的能级和C、N和/或O的2p轨道与费米能级附近Ti原子的3d轨道的强烈杂化.纳米TiO₂为DNA传感器和测序仪的设计提供了一种极具潜力的候选材料.     

碱土金属Ben (n=1~3)对B12团簇结构的调控研究

基于第一性原理, 系统地研究了Be_n (n=1~3)对B₁₂团簇结构的调控. 结果表明: 团簇BeB₁₂全局极小结构为C_s对称性准平面结构, 而Be₂B₁₂和Be₃B₁₂最稳定的结构均为笼状结构, 对称性分别为C_s和C_2v. 随着Be_n (n=1~3)原子数的增加, 团簇B₁₂由准平面结构过渡到笼状结构, 且Be倾向内嵌在B₁₂笼状结构表面的B₇或B₈单元环中, 通过离子和共价作用形成稳定Be&B₇和Be&B₈单元, 从而稳定笼状结构. 自然键轨道(NBO)分析表明, 团簇C_s BeB₁₂, C_s Be₂B₁₂, C_2v Be₃B₁₂内部存在电子转移情况, Be原子2s轨道上失去电子, Be—B键主要以离子作用为主, 同时也存在共价作用. 成键分析显示C_s Be₂B₁₂和C_2v Be₃B₁₂的π键遵循球状芳香性2(n+1)² (n=1)电子计数规则, 表明该团簇具有球状芳香性. 预测了三个结构的红外和拉曼光谱, 为以后的合成实验和数据表征提供了理论基础.     

基于创新能力培养的化学专业本科实验教学新体系的构建与实践

课程体系是人才培养的载体。为了更好地培养拔尖创新人才,南京大学化学国家级实验教学示范中心依据化学学科的特点和发展趋势,以科学内容的内在联系和研究规律为主线构建了“化学实验基础?化学合成与表征+化学原理与测量?化学功能分子实验+化学生物学综合实验+基于项目的研究实验”实验课程新体系,按照一流课程建设要求(高阶性、创新性和挑战度)对实验教学内容进行了优化,并建立起与之相适应的实验教学平台。新课程体系综合考虑了化学一级学科的整体性和关联学科的交叉性,在南京大学化学化工学院“拔尖计划”和“强基计划”学生中实施,教学效果显著。     

洗衣机节水技术研究及其力学原理

利用全自动洗衣机高速脱水时产生的向心力，将衣物上的水沿脱水桶壁向下排出，由此设计了节水型洗衣机，并对这种洗衣机进行了力学原理分析，给出了关键结构参数，以及关键部件——排水阀的设计．新型洗衣机结构简单，洗涤容量进一步扩大，减少了水和洗涤剂的用量，有利于环境保护．     

乐莫乐兮鞭陀螺--玩具中的力学

浅析了玩具陀螺的力学现象及原理，阐明了陀螺原理在各行业中应用的广泛性．