Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2基电解质性能影响的密度泛函理论+U计算

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂CeO_2的离子电导率被证实可高达Sm~(3+)掺杂CeO_2离子电导率的近两倍,然而,共掺杂对CeO_2电导率的作用机理尚不明确.本文利用第一性原理计算的密度泛函理论+U方法,对Sm~(3+)和Sr~(2+)共掺杂的CeO_2进行了系统的研究,对比Sm~(3+)或Sr~(2+)单掺杂的CeO_2体系,计算并分析了共掺杂体系的电子态密度、能带结构、氧空位形成能以及氧空位迁移能等微观属性.计算结果表明,Sm~(3+),Sr~(2+)的共掺杂对CeO_2基电解质性能的提高具有协同效应,二者的共掺杂不仅能协同抑制CeO_2体系的电子电导率,还能在单掺杂CeO_2的基础上进一步降低氧空位形成能,Sm~(3+)的存在还有助于降低Sr~(2+)对氧空位的俘获作用,而Sr~(2+)的加入则能够在Sm~(3+)掺杂CeO_2的基础上进一步降低最低氧空位迁移能,爬坡式弹性能带方法计算表明共掺杂体系的氧空位迁移能最低可达0.314/0.295 eV,低于Sm~(3+)掺杂CeO_2的最低氧空位迁移能.研究揭示了Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2电导率的协同作用机理,对进一步研发其他高性能的共掺杂电解质材料具有重要的指导意义.     

Si(111)理想、弛豫及2×1重构表面的声子谱研究

本文利用微扰的方法考虑了占据态与空态间的耦合对能带能量的影响,给出延展键轨道近似下半导体力常数的解析表达式.利用这些表达式求出Si(111)的理想、1×1弛豫及2×1Haneman模型重构表面的声子色散曲线及其表面振动的振幅分布.不同表面结果的比较显示弛豫及重构对表面声子性质具有决定性的影响.同时,分析表明Haneman的2×1表面重构模型不足以满意地解释有关实验结果.     

YSZ中温燃料电池的稳态模拟

依据同时考虑电化学及热平衡耦合的二维模拟软件，计算了薄膜钇稳氧化锆（YSZ）中温燃料电池在不同工作条件下的稳态特性。通过电流-电压关系参数进行自拟合实验，格点选取由平衡收敛性和计算效率而得，研究了不同连接体、气流流向设计等工作条件下的温度场，给出了不同工作温度下输出功率及电池效率与工作电压的关系。对温度场的分析表明：电池板内最高温度及最大温差以并流为最小，交叉流为最大，并流是最好的气流流向设计。与以陶瓷材料作连接体相比，使用金属连接体能显著减小热应力和电池板内最高温度，受益最大的是交叉流，其最高温度及最大温差均小于陶瓷连接体的并流设计。不同的气流流向对于输出功率及电池效率影响很小，对并流和金属连接体组合，给出了工程设计的燃料分布、电流密度、Nernst势及温度梯度在典型工作条件下的情形。     

一种计算半导体力常数的简单途径——对GaAs(111)-2×2表面声子研究的应用

本文利用成键轨道近似简化电子能带结构能量的计算,导出了任意杂化下半导体力常数的解析表达式。通过对一些材料声子色散曲线的计算和实验结果的比较,表明该方法是简单有效的。作者将其应用于GaAs(111)-2×2表面声子的研究,得到了该表面的强局域声子模的色散曲线。 关键词：     

甘氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸-甘氨酸四肽气相稳定构型的系统寻找

利用PM3、HF和BHandHLYP方法的结合,系统寻找了甘氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸-甘氨酸(GFGG)四肽在气相中的稳定构型．对该构型寻找方法进行了详细的描述,并给出了一些重要构型的基本参数,如电子能、零点振动能、偶极矩、转动常数、垂直电离能和不同温度的构型分布等．通过对重要构型结构特征的分析,发现熵的效应是决定构型稳定性的重要因素,并讨论指出了对构型偶极矩和特征振动模的测量是验证理论预言的有效途径．对GFGG构型与蛋白质二级结构的联系的分析表明,GFGG低能构型出现了类似于α-螺旋的局域结构,以及数量可观的蛋白质β转角和γ转角的局域结构.     

甲烷固体氧化物燃料电池多物理场模拟及积碳分析

建立了相关实验电池多物理场模型,该模型包括了电化学反应的电化学势平衡方程、甲烷水汽重整的通用速率方程和描述阳极复杂组分气体输运的菲克定律形式尘气模型. 该理论模型的电流～电压 曲线与实验数据很好地吻合,验证了理论模型的有效性. 理论分析发现,低水汽含量甲烷重整反应中水汽的反应级数为1. 理论模型的数值仿真计算还给出多个物理量的详细信息. 据此对碳沉积机制进行深入分析,清楚地描述了工作电流对抑制焦炭生成的机制. 分析比较了积碳活性的两个表达式,发现它们都可以正确地定性反映积碳活性变化趋势,但定量数值并不确切;阳极扩散层降低积碳临界电流的机制也获得了解释. 值得指出的是,虽然积碳活性模型只是定性正确,但分析表明积碳临界电流的降低却可以通过积碳活性模型进行定量解释.     

基于多物理场模拟的阳极支撑微管燃料电池的结构优化设计

High volumetric power density (VPD) is the basis for the commercial success of micro-tubular solid oxide fuel cells (mtSOFCs). To find maximal VPD (MVPD) for anode-supported mtSOFC (as-mtSOFC), the effects of geometric parameters on VPD are analyzed and the anode thickness, t_an, and the cathode length, l_ca, are identified as the key design parameters. Thermo-fluid electrochemical models were built to examine the dependence of the electrical output on the cell parameters. The multiphysics model is validated by reproducing the experimental I-V curves with no adjustable parameters. The optimal l_ca and the corresponding MVPDs are then determined by the multiphysics model for 20 combinations of r_in, the inner tube radius, and t_an. And all these optimization are made at 1073.15 K. The results show that:(i) significant performance improvement may be achieved by geometry optimization, (ii) the seemingly high MVPD of 11 and 14 W/cm³ can be easily realized for as-mtSOFC with single-and double-terminal anode current collection, respectively. Moreover, the variation of the area specific power density with l_ca2(2 mm, 40 mm) is determined for three representative (r_in, t_an) combinations. Besides, it is demonstrated that the current output of mtSOFC with proper geometric parameters is comparable to that of planar SOFC.     

基于多物理场模拟的低水甲烷燃料固体氧化物燃料电池的抗积碳阳极设计

本文采用与实验I-V曲线高度吻合的多物理场全耦合数值模型来模拟低水甲烷燃料SOFC的运行过程. 基于抗积碳电流密度实验数据推导出的动力学积碳活性判据，利用多场耦合数值模型系统研究了电池工作参数和阳极扩散阻碍层厚度对阳极积碳倾向的影响. 仿真模拟揭示了燃料利用率、电流密度、扩散阻碍层厚度和电池工作电压的相互关系. 结果表明，在阳极添加400 um厚的扩散阻碍层是实现SOFC高功率密度和不积碳运行的最优设计. 这种阳极结构设计对实现高效率低成本的SOFC技术具有重要意义.     

五种典型力场对气相中不同末端氨基酸的表现

选择了Amb-er99SB、CHARMM27、ENCADS、GROMOS-53A6和OPLSAA/L五种力场,并以BHandHLYP/6-311++G**优化后的气象氨基酸构型与能量作为参考标准. 研究了中性、质子化、去质子化和带帽氨基酸在不同力场下的表现. 比较了构型相对能量、顺反式结构能量差、氢键数目与强度和优化所得构型质量等代表性结果. AMBER99SB、CHARMM27和OPLSAA/L比较GROMOS53A6和ENCADS力场更为适用于气相氨基酸. 对一般性气象氨基酸和小肽分子,最推荐的力场是CHARMM27,其次为OPLSAA/L.