B2-CuRE物理性质的第一性原理计算

【目的】对17个B2-CuRE的热力学性质、力学性质、电子结构特性以及相关的热物理性质进行研究,为材料的设计和开发提供参考。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理计算B2-CuRE(RE=Sc,Y,La-Lu)的能量、弹性常数以及电子结构特性。【结果】计算获得的晶格常数、形成焓、体积模量以及弹性常数和实验值吻合,高的B/G比表明B2-CuRE具有很好的延性。【结论】电子结构的计算可以阐明B2-CuRE的成键机制。B2-CuRE具有很好的延性。     

同主族C-Si共掺杂TiO2可见光区光催化性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论（DFT）第一性原理平面波超软赝方法对C-Si共掺杂TiO2电子结构、差分电荷密度和光学特性进行了研究,计算结果表明,共掺杂能明显降低体系的带隙(约为1.7eV)。能有效增加其光催化活性;从总态密度图可以得到,费米能级附近的杂质态降低了载波跃迁能。C-Si的共掺杂能有效提高其在可见光区域的吸收系数,特别是在三种不同的构型中,第三构型在可见光区域具有最大吸收系数。     

Ptn石墨烯体系氧还原反应的第一性原理计算

通过构建单层六方石墨烯(单空位)超晶胞结构, 用基于密度泛函理论的第一性原理研究Pt 石墨烯体系中反应前O₂的吸附(脱附)势垒及反应过程中H₂O分子和OH的脱附势垒, 并研究Pt团簇石墨烯体系中（Pt₂石墨烯和Pt₄石墨烯）氧还原反应(ORR)的中间产物及其吸附能的变化过程, 给出ORR的最优路径.     

Mg2Si电子结构及光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Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质．计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0．2994eV;其价带主要由Si的3p以及Mg的3s,3p态电子构成,导带主要由Mg的3s,3p以及Si的3p态电子构成;静态介电常数ε1（0）=18．89;折射率n0=4．3460;吸收系数最大峰值为356474．5cm^-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据．     

单层Al2O3膜在SiO2表面的第一性原理计算研究

通过建立的匹配生长超晶胞模型,研究了Al2O3/SiO2纳米异质薄膜的结构特点和电子结构.通过第一性原理计算,并与单一相的Al2O3薄膜表面进行了对比,讨论了相关的结构变化.通过分析原子位置、键长和键角的改变,研究了这种Al2O3单层膜的电子结构和化学成键.     

N掺杂p-型ZnSe电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理全电子势线性缀加平面波方法(FPLAPW),对N掺杂ZnSe晶体的几何结构进行了优化,从理论上给出了N掺杂ZnSe晶体结构参数并对中心Zn原子近邻和次近邻位N掺杂前后总态密度及分态密度进行了对比分析,讨论了不同Se位N掺杂对ZnSe晶体性能的影响,在次近邻掺杂中,晶体表现出更为优良的半导体性质.     

单层二硫化钼光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了单层和体材料二硫化钼(MoS2)的电子能带结构及光学性质.在能带结构计算的基础上,计算了单层和体材料MoS2的介电函数虚部及实部,并导出了单层MoS2的能量损失谱、吸收系数、反射率、折射率和消光系数等.同时给出了体材料及单层MoS2介电函数图像中各峰值与对应的能带带间跃迁之间的关系.所得结果与实验结果及现有的理论结果相符合.     

单原子Co修饰TiO2(101)面的结构和析氢性能的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论（DFT）+U的第一性原理方法研究了单原子Co在TiO₂（101）面的掺杂位置和方式、几何结构和整体能量以及掺杂后产物的制氢反应机制,得到了稳定且易出现的单原子修饰结构,即单原子Co吸附在4个O组成的表面空隙的中心位,记为Co/TiO₂（101）。进一步对Co/TiO₂（101）的析氢反应过程和性能进行研究,确定了当且仅当TiO₂（101）面完成表面羟基化反应后,H原子全覆盖的TiO₂（101）表面才能进行后续的析氢反应;此时单原子Co是唯一的反应位点,整体的制氢反应自由能ΔG_H*比Co（111）面更加趋近于0,显示出其具有远优于金属Co的催化性能。此外,Co和TiO₂间的电荷转移和相互作用使TiO₂带隙出现新的掺杂能级,可带来作为光催化基材的TiO₂光吸收性能的改善。     

Mn-O共掺单层MoS2磁性和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理自旋极化密度泛函计算了O,Mn单掺杂和Mn-O共掺杂MoS_2单层系统的电子结构、磁性和光学性质.在Mn和Mn-O掺杂后,由于自旋向上通道中杂质带的出现,导致MoS_2单层系统从自旋向上和自旋向下态密度完全对称的非磁性半导体转变为磁矩1μB和1.08μB的铁磁半导体,磁矩主要集中在掺杂的Mn原子上,而自旋向下通道仍保持半导体特征,其自旋间隙分别为1.613和0.396eV.同时发现Mn-O共掺杂后,在低能量区域(0～2.5eV),其介电常数、折射系数和吸收系数相比未掺杂和O单掺杂的MoS_2系统增强显著,并出现了红移现象.     

BaTaO2N局域电子结构及光学性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法计算了BaTa02N的局域能带结构、态密度和光学性质．能带结构结果表明,BaTa02N属于直接带隙半导体,其能带宽度Eg=0．62eV;价带主要由O2p,N2p和Ta5d态电子构成,且N2p态位于价带顶;导带主要由Ta5d态电子构成．基于能带结构和态密度分析了BaTaO：N的介电函数以及折射率、光电导率、吸收谱和能量损失函数等光学性质．静态介电常数（0）=6．13,折射率no=2．48,在紫外区有较大的吸收系数．     

非磁性Weyl半金属第一性原理计算研究

基于WIEN2k软件,对一系列非磁性Weyl半金属进行了第一性原理计算研究,内容包括TaAs家族、WTe2与MoTe2、WP2与MoP2体系的电子态密度与能带结构.将本文结果与已发表的理论计算和实验结果进行了对比.研究表明,几个体系都在费米能级处具有较低的电子态密度,半金属性由弱到强分别为:WTe2与MoTe2、TaA...     

TM-Zn金属间化合物结构稳定性的第一性原理研究

基于能带结构,提出Jahn-Teller效应的诱发条件.基于声子色散曲线,揭示晶格动态稳定性和简并振动模式产生劈裂的物理特征.基于电子局域化函数和束缚能,揭示原子成键特性.结果表明,TM-Zn(TM=Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)金属间化合物发生立方到四方的相变变形过程中,结构保持稳定.     

ReB2电子结构性质的第一性原理计算

利用全势线性缀加平面波方法计算ReB2的体模量、价电荷态密度、电子能带结构和电子态密度.计算发现当取B’0=4时,局域密度近似（LDA）考虑自旋轨道耦合（SOC）得到的体模量为360 GPa,与实验值吻合的很好.电子能带结构表明ReB2具有特殊的金属特性,LDA＋ SOC计算结果发现几乎所有能带沿L-H-A方向发生分裂.价电荷态密度和电子态密度结果表明Re-d和B-p态之间存在强的杂化,形成Re-B共价键,这类共价键是ReB2具有高硬度的主要原因.     

g-C3N4/TiO2复合光催化剂制备及其第一性原理计算

为了提高二氧化钛（TiO2）在可见光范围下的光催化活性,采用三聚氰胺与商用TiO2高温复合制备出高效的g-C3N4/TiO2复合型光催化剂。通过单因素实验研究三聚氰胺与TiO2的质量配比、煅烧温度和煅烧时间对g-C3N4/TiO2光催化活性的影响。在单因素控制变量法下设计正交实验确定其最佳制备工艺为：三聚氰胺和纳米TiO2 的质量配合比为3.5:1,煅烧温度为580 ℃,煅烧时间为3.5 h,在该工艺条件下得到的g-C3N4/TiO2复合光催化剂对一氧化氮（NO）的降解效率高达74.77%。然后基于第一性原理从原子尺度出发计算复合体系的能带结构和差分电荷密度,分析其光催化活性增强机理。计算结果发现两个表面之间会形成一个内极电场,延长了光生电子和空穴的寿命,导致光催化活性增强。     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

过渡金属掺杂MgH_2的结构和磁性的第一性原理研究

为研究过渡金属掺杂对氢化物铁磁性的影响,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,以Mg H2为基本材料,以过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)元素替代2×1×2超晶胞中的Mg原子建立掺杂模型Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni),并计算模型自旋极化的磁性、能带结构和态密度等性质.结果表明:与Mg H2中的Mg—H键相比,过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)—H间的相互作用明显增强,造成Mg—H间强烈的离子键和部分共价键的相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱.掺杂体系中,V和Cr是受主杂质,而Mn、Co和Ni体系中,自旋极化率相对较低,且穿过费米能级的子带的斜率较低.研究表明过渡金属(V、Cr、Mn、Co和Ni)掺杂的Mg H2体系虽然可以导电,但电导率较小,具有比较稳定的半金属性.     

高压下金属钼弹性性质的第一性原理计算

本文利用基于密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA)方法,研究了过渡金属钼的晶体结构和弹性性质.零压下,计算所得的晶格常数(a=3.153)与实验值非常接近.与实验值比较,采用GGA+U(U=1.5,2,2.5eV)的方法,计算得到的晶格常数a不如GGA的计算结果.此外,我们利用广义梯度近似(GGA)方法计算了钼的弹性性质,得到零压下钼的弹性常数分别为C11=449.7GPa,C12=169.7GPa,C44=96.2GPa,与实验值符合得很好.高压下钼的弹性常数计算值和Duffy等人用X衍射实验测量的实验值(0～24GPa)相符.体弹模量B0计算值(B0=263.05GPa)和实验值(B0=262.8GPa)非常接近.计算发现,随着压强的增大,体弹模量和剪切模量比值B/G一直保持大于1.75,说明钼在所研究的压强范围内一直保持较好的延展性.最后,还研究了体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比σ,压缩波速VS,剪切波速VL,弹性各向异性因子A和克莱恩曼参数ζ与压强的变化关系.     

应力作用下CrSi2电子结构的第一性原理计算

应用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法计算了CrSi2在应力作用下的电子结构,分析和比较了体系的能带结构、态密度及应力对CrSi2体系电子结构的影响．计算结果表明CrSi2在单轴向应力的作用下,随着压力的逐渐增大,导带向高能方向移动,带隙丘明显展宽;随着负压力的逐渐增大,带隙缓慢减小,当沿α轴的负压力达到约-18．5GPa时,CrSi2将会由间接跃迁型半导体转变为直接跃迁型半导体,直接带隙宽度Eg=0．32eV．     

SrCl2晶体高压结构转变的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算SrCl2压致结构转变的压力. 结果表明： SrCl₂在2.1 GPa处发生第一个压致结构转变, 由萤石结构（空间群Fm3m）转变为正交结构（空间群Pnma）; 在65.7 GPa处发生第二个压致结构转变, 由正交结构转变为六角结构（空间群P6₃/mmc）; 两个压致结构转变均发生体积突变, 分别为4.7%和0.2%, 均属于一级相变.