太阳能电池中具有D-A-π-A型有机染料分子的理论研究

用密度泛函理论,对具有D-A-π-A型两个有机染料分子WS-3和WS-4进行了优化,获得了WS-3和WS-4的稳定结构.为了研究WS-3、WS-4和Ti O2之间的光电转化性质,用对接软件把WS-3、WS-4和Ti O2结合在一起,获得WS-3TiO2和WS-4TiO2的几何结构,然后,对WS-3TiO2和WS-4TiO2的结构进一步优化,获得稳定的WS-3TiO2和WS-4TiO2的基态和激发态结构.最后,计算了WS-3、WS-4、WS-3TiO2、WS-4TiO2前线分子轨道能级,并分析了Ti O2的静电荷,计算结果和实验吻合较好,希望这些研究结果为设计这类化合物提供理论参考.     

MnTe电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势投影缀加波方法, 对六种典型的二元晶体结构Rocksalt (RS), Cesiun-chloride (CC), Zinc-blende (ZB), Wurtzite (WZ), Iron-silicide (IS) 和Nickel-Arsenide (NA)的MnTe进行了计算研究. 通过比较六种结构的结合能, 确定了MnTe的基态结构是反铁磁的NA结构. 研究了这六种结构MnTe的电子结构、磁性, 并用Birch-Murnaghan状态方程拟合求得了各相结构的体弹性模量和相变压. 电子态密度表明, RS, CC和IS结构的MnTe为反铁磁导体, ZB, WZ和NA结构的MnTe均为反铁磁半导体.     

分子团簇表面吸附敏化ZnO纳米线的第一性原理研究

ZnO纳米线作为新型太阳能电池结构的重要组成部件之一, 其导电能力直接影响到太阳能电池的性能. 采用密度泛函理论平面波超软赝势方法, 计算并分析了C₂H₆O(乙醇)、 C₆H₅FS(4-氟苯硫酚)、 C₇HF₇S(4-(三氟甲基L)-2, 3, 5, 6-四氟硫代苯酚) 等小分子吸附的六边形结构\langle0001angle ZNWs (ZnO 纳米线) 的几何结构、 吸附能和电子结构. 首先, 通过几何优化得到了不同基团吸附的ZNWs的稳定结构, 同时吸附能计算结果表明C₇HF₇S吸附的体系结构最为稳定, 且吸附呈现放热反应; 其次, 为研究表面敏化对导电性能的影响, 计算了不同小分子基团吸附下的能带结构和态密度, 并利用能带理论分析了表面吸附敏化对禁带宽度的调控机理, 结果分析表明小分子表面吸附敏化对ZNWs的电学性能有一定的影响, 其中C₇H₇FS和C₆H₅FS分子均发生了不同程度的电荷转移.     

MnPd合金相变，弹性和热力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论第一性原理方法研究了MnPd从立方顺磁到四方反铁磁的相变以及其弹性性质和热力学性质等．结果表明：MnPd合金顺磁立方B2结构在施加了四方应变后,结构不稳定,会发生结构相变形成四方顺磁结构．四方顺磁相弹性稳定,然而在考虑了磁性后,反铁磁四方相比四方顺磁相能量更低,而且弹性和动力学都稳定,说明反铁磁四方相是MnPd的低温结构．从而得出MnPd合金的相变路径为两步：先发生结构相变从顺磁B2立方结构转变为顺磁四方相,再由磁性诱发相变形成反铁磁四方结构．通过准谐近似得到了摩尔比热容,德拜温度等热力学性质．     

非晶碳结构建模和电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用了一种更为精确的交换相关泛函OLYP(OPTX+LYP),对密度范围从2.0到3.2 g/cm³的非晶碳进行结构建模. 模拟得到的5个碳网络结构无论从径向分布函数还是sp³含量都与实验符合得很好. 对非晶碳电子结构的研究表明费米能级附近的电子态密度主要是sp²碳原子的贡献. 随着密度的增加,sp³碳原子增加,费米能级附近的态密度越来越小. 小环结构增加了费米能级附近的电子态密度,缺陷态在费米能级形 关键词： 非晶碳 密度泛函理论 电子结构     

非晶碳结构建模和电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用了一种更为精确的交换相关泛函OLYP(OPTX+LYP)，对密度范围从2.0到3.2 g/cm³的非晶碳进行结构建模. 模拟得到的5个碳网络结构无论从径向分布函数还是sp³含量都与实验符合得很好. 对非晶碳电子结构的研究表明费米能级附近的电子态密度主要是sp²碳原子的贡献. 随着密度的增加，sp³碳原子增加，费米能级附近的态密度越来越小. 小环结构增加了费米能级附近的电子态密度，缺陷态在费米能级形     

压强下TaB和TaB2力学和超导性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法, 在广义梯度近似下研究了TaB和TaB2在不同压强下的弹性常数、原子结构、电子结构以及超导性质及其对两者物理性质不同进行了比较. 计算结果表明随着压强的增加, 弹性常数和体弹模量随之增加, 而相对晶格常数a/a0, b/b0, c/c0和相对体积V/V0随压强增加而减小. 在高压下, TaB沿着a轴方向的压缩性要比b轴方向大, 而b轴方向的压缩性要比c轴方向大; TaB2是沿着c轴方向的压缩性要比a轴方向的压缩性大. 电子结构分析表明TaB2的原子态杂化程度比TaB的原子态杂化程度要高, 这与TaB2的体弹模量比TaB的体弹模量高的结果相一致. 依据Bardeen-Cooper-Schrieffer超导理论, TaB和TaB2费米能级处态密度的值随着压强的增加而降低, 说明它们的超导转变温度Tc随着压强的增加而降低.     

γ-TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)和DMol方法研究了4d过渡金属元素在γ-TiAl 中的择优占位行为及其Nb和Mo的合金化效应.转移能的计算结果表明Y，Zr，Nb，Mo在γ-TiAl中有Ti占位倾向，而Tc，Ru，Rh和Pb则表现为Al占位倾向.通过对差分电荷密度、Mulliken轨道集居数以及态密度的分析表明Nb和Mo可以提高杂质元素与其近邻基体元素之间的相互作用和相应原子之间的键合强度，导致较强的固溶强化效应. 关键词： 密度泛函理论 第一性原理 电子结构     

中性和带电小钨团簇的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了中性和带电小钨团簇W_n（n＝3—6）的构型,得到了一些能量较低的结构,它们都有可能是团簇的基态.研究发现,这些团簇大多具有较低的自旋多重度：中性小钨团簇为自旋单态或三重态;带电小钨团簇为自旋双重态或四重态.当n>3时,小钨团簇具有三维立体结构.通过拟合光电子谱、计算垂直离化能并与实验值比较,进一步讨论了带负电小钨团簇的基态结构. 关键词： 小钨团簇 构型 密度泛函理论     

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间3-6 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.05-0.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.     

Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了Co单掺及Co和Zn共掺LiNbO_3晶体的电子结构和吸收光谱.研究显示,各掺杂体系铌酸锂晶体的带隙均较纯铌酸锂晶体变窄. Co:LiNbO_3晶体禁带宽度为3.32 eV; Co:Zn:LiNbO_3晶体, Zn的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87或2.75 eV. Co:LiNbO_3晶体在可见-近红外光波段2.40, 1.58, 1.10 eV处形成吸收峰,这些峰归结于Co 3d分裂轨道的跃迁;加入抗光折变离子Zn~(2+),在1.58, 1.10 eV处的吸收峰增强,可以认为Zn~(2+)与Co~(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但并不影响t_(2g)轨道电子.结果表明,晶体中的Co离子在不同共掺离子下可充当深能级中心(2.40 eV),或可充当浅能级中心(1.58 eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储.     

四苯基卟啉类化合物电子光谱和三阶非线性光学性质的理论研究

在B3LYP/6-31+G~*水平计算四个5,10,15,20-四苯基卟啉类化合物的电子光谱和三阶非线性光学性质.结果表明,电子的最大吸收波长在580nm左右,属于可见光区,源于卟啉内HOMO到LUMO的π→π*的电子跃迁.供电子基团的引入将增加电子云密度,致使三阶非线性光学性质增大.吸电子基的引入使卟啉环上的电子云密度减小,导致三阶非线性光学性质减小.含双键或三键的吸电子基团使电子云密度增大,致使三阶非线性光学性质增大.     

First-principle study of geometries, electronic structures and vibrational spectra of neutral and anionic onion-like [As@Ni12@As20］

We present results of first-principle study for both neutral and anionic onion-like [As@Ni₁₂@As₂₀］. The ground-states of singly-charged and doubly-charged anions deviate from ideal I_h symmetrical geometry because of Jahn--Teller effect, whereas the triply-charged singlet and neutral quartet have similar stable geometries of I_h symmetry. The infrared and Raman spectra may provide a way to determine various charge states of this molecule with the same symmetry. Based on our systematical calculations, we suggest additional experimental measurements in order to determine the appropriate functional with great confidence, which should be important in the research for future quantum dot devices.     

石墨烯/BiOI纳米复合物电子结构和光学性质的第一性原理模拟计算

光催化材料在解决能源短缺和环境污染等问题方面具有广泛的应用前景,本文通过构建BiOI纳米薄膜并将其与石墨烯复合起来,得到具有较高的比表面积和良好的光催化活性的纳米复合物光催化材料.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别计算了单层和双层BiOI纳米片及其与石墨烯复合结构的电子结构和光学性质,并考虑了BiOI中的Bi,O,I三种空位缺陷对电子结构和光学特性的影响.计算结果表明,由于BiOI和石墨烯之间的相互作用,在石墨烯和BiOI界面处自发发生电荷转移,形成电子-空穴对,且石墨烯衬底可有效提高BiOI对可见光的光吸收,提高其光催化活性.对空位缺陷的计算表明,Bi空位缺陷可促进石墨烯和BiOI之间的电荷转移,形成更多的层间电子-空穴对;相反,O和I空位缺陷则抑制层间电荷转移,减少电子-空穴对的生成.     

Geometries,spectra and photoelectric properties of trifluorenylamine-based photoactive layer

The ground-state geometries, electronic structures, spectra and photoelectric properties of two dyes (JA1 and JA2) used for dye-sensitised solar cells (DSSCs) have been investigated with density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT). For simulation of the realistic environment, we calculated the energy levels of molecular orbitals and absorption spectra in solvent, and the different electric fields have been considered. For interpreting the difference of photoelectric properties, we assessed the energy levels and energy gaps of frontier molecular orbitals, electron density, absorption, the total static first hyperpolarisability and driving force of electron injection. The relationship between structure and performance should be established. Furthermore, 24 dyes were designed on the basis of JA1 and JA2 to improve optical response and electron injection. The results of molecular modelling would provide the optional approach for improving performance of photoelectric materials.     

Be掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法,对Be掺杂导致ZnO禁带宽度增加的机理进行了研究.通过对掺杂前后电子能带结构、总态密度以及分态密度的计算和比较,发现导带底(CBM)是由Be 2s电子与Zn 4s电子共同控制;而Be_xZn_1-xO价带顶 (VBM)始终由O 2p电子占据.随着掺杂量的增加,决定带隙宽度的CBM的位置上升,同时VBM的位置下降,从而导致了带隙的变宽,出现了蓝移现象.此外,Be掺杂会使晶胞发生压缩,这种压应变也是导致Be 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Be掺杂ZnO     

含Nb或Ge的锆合金表面氧吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了纯锆表面和含Nb或Ge锆合金表面上氧的吸附性质. 结果表明, Nb和Ge对Zr(0001), (1120)和(1010)表面吸附性质的影响各不相同. 根据计算得到的偏聚能结果, Nb和Ge迁移到Zr(0001)表面比迁移到其他两个表面更容易, 而Nb和Ge 都可以降低Zr(0001)表面对氧原子的吸附能力, 因此这两种元素都能抑制锆合金的初始氧化. 进一步的电子结构分析发现, Nb和Ge改变表面对氧原子的吸附能力是通过改变表面d能带的分布来实现的.     

Benzotriazole-based dyes containing a low band gap for dye-sensitised solar cells: a theoretical study

In this study, we investigated a series of metal-free benzotriazole-based organic dyes. The geometries, electronic properties, light harvesting efficiency, and electronic absorption spectra of these dyes were studied using the density functional theory and time-dependent density functional theory. The optimised geometries indicate that these dyes are non-planar and thereby effectively inhibit close intermolecular π–π aggregation. The band gap of these dyes ensures a positive effect on the process of electron injection and dye regeneration. The band gap trend corroborates well with the predicted spectra data. Our theoretical calculations reveal that the designed metal-free organic dyes can be used as potential sensitisers for solar cells compared to the best known organic sensitiser (Y123) to date.     

First-principle study on optical properties of N-La-codoped anatase TiO

The electronic structures, deformation charge density, dipole moment, and optical properties of N-La-codoped anatase titanium dioxide (TiO2) are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory (DFT). The optical properties of two-ion-doped TiO2 are analyzed via electronic structures, deformation charge density, and dipole moment. For the model of N-La-doped TiO2 , a smaller atom fraction of N and La atoms induces better optical properties. The absorption edges of two doped TiO2 models redshift to the visible-light region.     

掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiO_x层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(2 nm)非晶SiO_x层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiO_x网格中以In-O-Si和Sn-O-Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiO_x的带隙中分别引入了E_v+4.60 eV和E_v+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(E_v+0.3 eV).这些量子态一方面使SiO_x的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带"准半导体",减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(72%).