Ca(BH4)2络合物电子结构及热力学稳定性的第一性原理研究

利用第一性原理研究了低温及高温相Ca(BH4)2络合物的电子结构、晶格振动及其反应焓。计算结果表明：低温及高温相Ca(BH4)2中Ca+2与[BH4]－以离子键形式相结合,[BH4]－离子中B原子和H原子以共价键形式相结合,对该共价键有贡献的主要是B原子的2p轨道电子,H原子的1s轨道电子。Ca(BH4)2可能的反应路径为：Ca(BH4)2→2CaH2+CaB6+10H2,该反应在300K下反应焓为43.22 kJ/mol H2。拉伸B—H键所对应的声子频率较高,其值为2360～2500cm-1,这可能是导致B—H键断裂释放氢气需要较高温度的主要原因之一。     

(Mg(BH_4)_2)_n团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用了密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对[Mg(BH_4)_2]_n(n=1-3)团簇的结构进行了优化,几何结构优化时自旋多重度取了1、3、5等多种情况进行计算.最后对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了研究.结论表明:团簇最稳定结构易形成链状结构,其中Mg-B键长为0.210～0.253 nm,-BH_4基中靠近Mg原子处的B-H键长约为0.125 nm、远离Mg原子处的B-H键长为0.119 nm.对比团簇和晶体的光谱结构表明,-BH_4基在团簇和晶体中结构基本一致. Mg原子的自然电荷在1.687～1.757e之间,B原子的自然电荷在-0.702～-0.788e之间,H原子基本不参与电荷转移,其自然电荷在-0.094～0.070e之间.团簇中Mg原子和-BH_4基之间相互作用呈现较强的离子性,Mg(BH_4)_2团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

掺杂元素对Mg2NiH4稳定性影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,计算了低温相Mg2NiH4和(Mg2Ni,X)H4(X=Ag, Al, Ti或Zr)的生成热及电子结构,分析了掺杂元素对Mg2Ni氢化物稳定性的影响. 结果表明,掺杂导致了合金氢化物生成热的绝对值降低,合金氢化物的稳定性下降,且发现掺杂元素电负性越大,氢化物越不稳定. 从电子态密度图和Mulliken布居数分析知道,掺杂后合金氢化物释氢能力增强的主要原因在于Ni-H之间的成键减弱,以及掺杂元素诱导费米能级EF处电子数浓度N(EF)的增加.     

掺杂元素对Mg2NiH4稳定性影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,计算了低温相Mg2NiH4和(Mg2Ni,X)H4(X=Ag, Al, Ti或Zr)的生成热及电子结构,分析了掺杂元素对Mg2Ni氢化物稳定性的影响. 结果表明,掺杂导致了合金氢化物生成热的绝对值降低,合金氢化物的稳定性下降,且发现掺杂元素电负性越大,氢化物越不稳定. 从电子态密度图和Mulliken布居数分析知道,掺杂后合金氢化物释氢能力增强的主要原因在于Ni-H之间的成键减弱,以及掺杂元素诱导费米能级EF处电子数浓度N(EF)的增加.     

Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg2Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg2Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg2Sn的热导率并与实验数据相比较.     

Sc掺杂正交相Ca2Si电子结构及光学性质的第一性原理

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对块体及掺Sc的正交相Ca2Si的电子结构和光学性质进行了系统计算.计算结果表明,掺Sc后的Ca2Si能带向低能端偏移,形成n型半导体,正交相结构能隙变为0.6084eV,相比块体Ca2Si带隙加宽了一倍,但仍为直接带隙半导体.Ca2Si掺杂Sc后,正交相导带主要是Ca的4s、3d态和Sc的3d、3p态电子构成,静态介电常数变大,折射率也变大,吸收系数相比块体在低能段基本无变化,在高能段虽吸收系数减小,但仍保持105数量级且大于β-FeSi2的吸收系数,说明Ca2Si在太阳能电池上具有较好的应用前景.通过掺杂有效调制了Ca2Si的电子结构和光学性质,计算结果为Ca2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg₂Sn基态的电子结构、弹性常数和热力学性质.计算结果表明Mg₂Sn的禁带宽度为0.1198eV.运用线性响应方法确定了声子色散关系和态密度,得出Mg₂Sn的热力学性质如等容比热和德拜温度.计算Mg₂Sn的热导率并与实验数据相比较. 关键词： 第一性原理 电子结构 弹性常数 热力学性质     

CaS电子结构和热力学性质的第一性原理计算

根据密度泛函理论,采用平面波赝势和广义梯度方法,计算了Ca S的晶体结构和电子结构.通过准谐徳拜模型预测了硫化钙的体积变化率、体弹模量、热膨胀系数分别与温度和压强的变化关系,以及热容和温度的变化关系.     

Ca9Al(PO4)7∶Eu2+的发光、浓度猝灭及温度稳定性

采用高温固相法制备了Ca9Al(PO4)7∶Eu2+蓝色荧光粉,研究了Ca9Al(PO4)7∶Eu2+的发光、浓度猝灭及温度稳定性.Ca9Al(PO4)7∶Eu2+的激发光谱覆盖200～350 nm紫外区;发射光谱为一主峰位于445 nm的宽谱,对应Eu2+的4f6 5d1--→4f特征跃迁.研究发现,随Eu2+掺杂量的增大,Ca9Al(PO4)7∶Eu2+的发射强度呈现先增大、后减小的变化趋势,最大发射强度对应的Eu2+掺杂量为0.01,即存在浓度猝灭效应,对应的机理为电偶极-电偶极相互作用;依据晶格常数,得出临界距离为2.297 nm.在25～300℃范围内改变光谱测量温度,发现温度升高到150℃时,Ca9Al(PO4)7∶Eu2+的发射强度变为25℃时的81.0％,对应的激活能为0.268 eV,说明材料具有较好的温度稳定性.     

(Ca3N2)n(n=1-4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Ca3N2)n(n=1-4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明,(Ca3N2)n(n=1-4)团簇最稳定构型中N原子为3-5配位,Ca-N键长为0.231-0.251 mm,Ca-Ca键长为0.295-0.358 nm;N原子的自然电荷在-1.553 e--2.241 e之间,Ca原子的自然电荷在1.035e-1.445e之间,Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性,Ca3N2和(Ca3N2)3团簇有相对较高的动力学稳定性.     

First-principle studies on the electronic structure of Fe3O4(110) surface

The first-principle was employed to study the six possible models for the Fe₃O₄(110) surface, namely the AB-terminated surface (AB model), the AB-terminated with Fe_A vacancy (AB-Fe_A vac model), the AB-terminated with Fe_B vacancy (AB-Fe_B vac model), the B-terminated surface (B model), the B-terminated surface with Fe_B vacancy (B-Fe_B vac model) and the B-terminated surface with O vacancy (B-O vac model). The stability, the electronic structure and the magnetic properties of the six surface models were also calculated. The results predict that the B-O vac model is more stable than other types of surface models. The half-metallic property remain in the AB and B models, while the other four surface models exhibit metallic properties. At the same time, the AB, AB-Fe_A vac, AB-Fe_B vac, B and the B-Fe_B vac models have ferrimagnetic properties, while the B-O vac model has antiferromagnetic property.      

First-principle study of phase stability,electronic structure and thermodynamic properties of cadmium sulfide under high pressure

By employing first principle and a quasi-harmonic Debye model, we study the phase stability, phase transition, electronic structure and thermodynamic properties of cadmium sulfide (CdS). The results indicate that CdS is a typical ionic crystal and that the zinc-blende phase in CdS is thermodynamically unstable. Moreover, the heat capacity of the wurtzite and rocksalt phases of CdS decreases with pressure and increases with temperature, obeying the rule of the Debye T³ law at low temperature and the Dulong–Petit limit at high temperature.     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO3(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO:表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO2表向结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO2表面附近Tj-O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强.     

First-principle investigation of the electronic and magnetic properties of PbMn（SO4）2

The magnetic properties of oxide PbMn(SO₄)₂ consisted of MnO₆ octahedra which connected with each other through SO₄ tetrahedra, are well studied in experiments. In this paper, we explored its interesting electronic and magnetic properties with first-principle calculations. Our results show that all Mn ions have high spin states, namely, S = 5/2, and the magnetic couplings between NN and NNN are antiferromagnetic, which agree well with the experimental results. Besides, the surprising results of spin exchange interactions between the NN and NNN are excellently explained with extended Hückel tight-binding calculations.     

γ石墨炔衍生物结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一原理计算,系统研究了γ石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子性质.γ石墨炔衍生物的结构是由碳六元环以及连接六元环间的碳链组成,碳链上的碳原子数为N=1—6.研究结果表明,碳链上碳原子数的奇偶性对γ石墨炔衍生物的结构稳定和相应的原子构型、电子结构性质具有很大的影响.其奇偶性规律为:当六元环间的碳原子数为奇数时,体系中的碳链均为双键排布,系统呈现金属性;当六元环间的碳原子数为偶数时,系统中的碳链形式为单、三键交替排列,体系为直接带隙的半导体.直接带隙的存在能够促进光电能的高效转换,预示着石墨炔在光电子器件中的应用优势.N=2,4,6的带隙分布在0.94—0.84 eV之间,带隙的大小与碳链上三键的数量和长度有关.研究表明,将碳原子链引入到石墨烯碳六元环之间,通过控制引入的碳原子个数可以调控其金属和半导体电子特性,为设计和制备基于碳原子的可调控s-p杂化的二维材料和纳米电子器件提供了理论依据.     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO₃(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO₂表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO₂表面结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO₂表面附近Ti—O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强. 关键词： 第一性原理 钛酸钡 电子结构 表面能     

First-principle study on electronic structure and magnetic properties of molecular-based antiferromagnet: (2-amino-5-chloropyridinium)2CuBr4

The electronic structure and magnetic properties of the (2-amino-5-chloropyridinium)₂CuBr₄ compound were studied using the full potential augmented plane wave plus local-orbitals method (FP-APW+lo) within density functional theory. The Cu atoms are the magnetic centers, magnetic moments originate mainly from the Cu 3d and Br 4p states, leading to a total magnetic moment of 1.00 μ_B per molecule. There is an important hybridization between the Cu 3d and Br 4p states, which causes the magnetic interactions between the Cu centers to pass through the Br p-orbitals near the Cu atoms. According to the self-consistent total energies, it was found that in the ground state there exist antiferromagnetic interactions for both intraplanar and interplanar magnetic exchange, but the latter is much weaker than the former.     

ZnO电子结构和p型传导特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法(USPP)，对不同掺杂情况的ZnO晶体几何结构分别进行了优化计算，从理论上给出了ZnO的晶胞参数，得到了ZnO的总体态密度(TDOS)和氮原子2p态的分波态密度(PDOS).计算结果表明：原胞体积随着掺杂比例的提高而逐渐减小；将氮铝按照2∶1的原子比例共掺可以使氮的掺杂浓度比只掺杂氮时明显提高，且随着铝在锌靶中掺入比例的增加，载流子迁移率提高，浓度增大，使得p型ZnO电导率提高，传导特性增强. 关键词： 共掺 p型传导 态密度 第一性原理     

Mn掺杂Fe2B晶体结构、力学性能及电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文系统地研究了Fe8-xMnxB4 (x = 0, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,8)的晶体结构、机械性能和电子结构。计算得到Fe2B的晶格常数与实验值相符,所有相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性。随着Mn掺杂浓度逐渐增大,Fe8-xMnxB4的各向异性先减弱后增强,Fe7.75Mn0.25B4的各向异性最弱。当Mn掺杂浓度较低时,Fe8-xMnxB4的硬度略微降低,韧性增强。除了Fe7Mn1B4、Fe6Mn2B4、Fe5Mn3B4、Fe4Mn4B4之外,其余的Fe8-xMnxB4相的韧性均比Fe2B好。由电子结构可以发现,Fe8-xMnxB4的力学性能主要由Fe-B键或Mn-B键决定。Mn掺杂到Fe2B中会使得B-B共价键增强,Fe2B的本征脆性得到改善,同时Fe2B的磁性不断减弱。