N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO2前后的光学特性,即介电函数虚部ε2(w),光学吸收系数I(w)和反射率R(w).并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO2的光学谱在2.93,3.56和3.97 eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因.从光谱图上分析得出,掺杂后TiO2要发生红移现象,实验现象证实了这一结果.  

金红石型TiO2点缺陷性质的第一性原理研究

本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了金红石相TiO2点缺陷的电子性质,结果表明氧空位缺陷使晶体的费米能量升高,在能隙中没有产生杂质能级.钛空位缺陷使晶体的费米能量降低,并在价带顶部产生了一个杂质能级,与价带顶能量相差约0.4 eV.本文还计算了金红石相TiO2在具有氧空位和钛空位点缺陷情况下的键长变化、态密度和电荷布居状况.  

稀土掺杂金红石相TiO2的第一性原理的定性计算

稀土掺杂金红石相TiO2的禁带宽度(带隙)是影响其吸收波长的主要因素,其决定TiO2的光催化活性.利用第一性原理密度泛函理论(Ab initio DFT)得出17种稀土掺杂金红石相TiO2的能态密度(DOS),结果表明:除Lu、Y、Yb和Sc四种稀土增大金红石相TiO2带隙外,其余13种稀土均很大程度地降低金红石相TiO2的带隙.因此,稀土掺杂金红石相TiO2具有广阔的研究前景.  

蛋白质分子电子结构的第一性原理从头计算

蛋白质分子电子结构的计算对生命科学和计算机药物设计有重要的科学意义和应用价值，但对计算方法和计算机也是巨大的挑战。团簇埋入自治计算法是近年来发展起来的“第一性原理”、从头计算法。它采用局域化无相互作用单电子模型，结合“分块－合拢”技术，使计算量大大减少。最近，应用该方法，对一个真实蛋白质分子（南瓜种子中的胰蛋白酶抑止因子ＣＭＴＩ－Ｉ）电子结构的首次“第一性原理”、全电子、全势场、从头计算获得成功。表明生物大分子电子结构的计算在现有计算机条件下已成为现实，使从本质上揭开生命奥秘成为可能。本介绍了上述计算的基本理论、方法和结果。  

ZnO中Li相关缺陷结构性质

采用第一性原理量子力学分子动力学方法,基于32个原子的超原胞模型,计算了ZnO中各种L i相关缺陷的有关几何和电子结构。通过不同模型的计算分析表明,ZnO中L i杂质在间隙位上的总能比替位Zn格位的能量更低,但却形成施主能级。进一步通过构造L i替Zn位L iZn与不同本征缺陷所构成的复合体结构,并对模拟计算的结果进行分析比较得出,O反位OZn可与L iZn形成比L i间隙位更稳定的复合体,可高溶解度地稳定存在于ZnO中,并在禁带中产生受主能级,是较好的p型导电性候选缺陷。  

3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO₂及掺杂3d过渡金属TiO₂的几何、电子结构及光学性质. 计算结果表明掺杂能级的形成主要是掺杂过渡金属3d轨道的贡献，掺杂能级在禁带中的位置是决定TiO₂吸收带边能否出现红移的重要因素. Cr，Mn，Fe，Ni，Co，Cu掺杂使TiO₂的吸收带边产生红移，并在可见光区有一定的吸收系数； Sc，Zn掺杂使TiO₂的吸收带边产生蓝移，但在可见光区有较大的吸收系数；掺V不但使TiO₂的吸收带边产生红移，增强了在紫外光区的光吸收，而且在可见光区有非常大的吸收系数.  

锐钛矿型TiO2(101)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对TiO₂(101)面的6种不同的表面原子终止结构的体系总能量进行了计算,结果表明终止原子为两配位的O原子、次层为五配位的Ti原子的表面结构最为稳定.针对该表面研究了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为12层,真空厚度为0.4nm时,表面能收敛度小于0.01J/m².研究发现:表面上两配位的O原子向里移动约0.0012nm,五配  

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大;S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构和光催化性能影响的差别.  

锐钛矿型TiO2(101)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO2(101)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对TiO2(101)面的6种不同的表面原子终止结构的体系总能量进行了计算,结果表明终止原子为两配位的O原子、次层为五配位的Ti原子的表面结构最为稳定.针对该表面研究了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为12层,真空厚度为0.4 nm时,表面能收敛度小于0.01 J/m2.研究发现:表面上两配位的O原子向里移动约0.0012 nm,五配位的Ti原子向里移动约0.0155 nm,弛豫后的Ti-O键长发生了较大变化,核外电荷发生了转移,结构趋于稳定.  

锯齿型单壁碳纳米管能隙的第一性原理研究

本文采用基于广义梯度近似(GGA)的第一性原理方法,对锯齿型单壁碳纳米管(7,0)、(8,0)、(9,0)、(12,0)的能带结构和能隙进行理论计算.结果表明,各孤立管能隙值跟紧束缚(TB)近似所推出的结论有很大的出入,但跟实验观测结果比较接近.本文对引起这一差异的原因做了初步探讨.