Ru掺杂LiFePO4电子结构和性能的第一性原理研究

基于第一性原理和超软赝势平面波方法,对Ru掺杂LiFePO_4的原子几何结构和电子结构进行了研究。结果表明Ru掺杂后LiFePO_4晶胞参数a和b显著降低,晶胞参数c略微的增大,掺杂后晶胞体积收缩;当掺杂量为0.01时体系Fermi能最高,能量密度高。掺杂体系在Fermi能级附近态密度电子峰强度增大,态密度峰向低能方向移动,掺杂后能级减小,有利于LiFePO_4导电性能增强。能带计算结果显示,随着掺杂量的增加,体系带隙降低,能带下降,导带底向费米面移动,电子从价带跃迁到导带更加容易。电化学性能测试结果显示,当Ru的掺杂量较小时(0.01),费米面附近能带数增加,有利于电子传递,材料表现出最佳的放电比容量和倍率性。当掺杂量较大时(0.05,0.1),过多Ru将阻碍Li~+扩散通道,不利于电极材料的倍率性能。Ru掺杂能影响LiFePO_4电子结构,改善LiFePO_4性能,掺杂量不宜太大。     

理论探究水溶液条件对TMNxCy催化氮还原性能的增强机制

在电化学氮还原(NRR)合成氨过程中, 为了认识真实水环境对过渡金属掺杂氮碳材料催化NRR活性的影响, 并筛选出实际催化性能最佳的构型, 本研究通过密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)相结合的方法, 对一系列不同配位形式的过渡金属掺杂氮碳催化剂(TMN_xC_y, TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn; x=1~4; y=4–x, 总共40种构型)催化NRR的热力学稳定性和实际氮还原催化活性进行了系统研究. 计算结果表明, 本工作所研究的40种催化剂结构均具有较高的热力学稳定性, 可作为实际的NRR候选催化剂. 其中, 利用隐性+显性水溶剂模拟真实水环境时, 过渡金属V掺杂形成的VN₃C₁结构催化NRR酶机制过程的最大吉布斯自由能变值仅为0.35 eV (在U=0 V vs. RHE时), 表现出最佳的NRR催化性能. 总体而言, 本研究采用DFT与AIMD相结合的方法, 深入地阐述了TMN_xC_y催化剂的实际NRR催化过程, 为实验过程做出了更为贴切的理论预测.