Armchair型石墨纳米带的电子结构和输运性质

利用第一性原理的电子结构和输运性质计算方法, 研究了扶手椅(armchair)型单层石墨纳米带(具有锯齿边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现, 完整边缘的扶手椅型石墨纳米带是典型的金属性纳米带, 边缘空位缺陷的存在对扶手椅型纳米带能带结构有一定的影响,但并不彻底改变其金属性特征.     

单分子器件电子输运性质的理论研究

对当前单分子器件的理论和实验的研究进展作了简短评述,并简要介绍电子输运理论,最后给出一个基于非平衡态格林函数电子输运理论的全自洽方法,研究单个水分子在Au(111)电极之间的输运性质的计算实例.研究结果表明由于水分子与电极之间存在较强的杂化作用,水分子的分立能级间距大,在小偏压范围内,水分子的特征已经被淹没在杂化能级之中.体系的电势变化主要发生在水分子局域区间,其电子输运行为主要是一个单通道过程.     

甲基自由基与硅甲基自由基结构与电子性质的比较

采用MP2/6-311+G**理论方法考察了甲基自由基和硅甲基自由基的结构和电子性质。结果表明,甲基自由基上的C和H分别带负电荷和正电荷,而硅甲基自由基上的Si和H分别带正电荷和负电荷。无论是甲基自由基还是硅甲基自由基,锥形结构的中心原子成键轨道的p轨道成分多于平面结构的p轨道成分;平面结构比锥形结构的中心原子更倾向于负电性化。甲基自由基的Laplacian电子密度值的符号为负,而硅甲基自由基的Laplacian电子密度值的符号为正。从而证实了Pauling关于电负性差异导致结构不同的论断。     

CO分子结点电子结构和输运性质的第一原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的非平衡态格林函数方法(NEGF), 计算了CO分子结点低偏压下的电流和电导. 通过系统透射谱、投影态密度(PDOS)以及分子自洽投影哈密顿量(MPSH)本征态的分析将透射通道与局域分子轨道联系起来, 从系统电子结构解释了其传输性质. 讨论了电荷转移对系统电导的影响.     

硅钼钒和硅钨钒杂多酸催化过氧化氢直接氧化苯制苯酚的活性研究

以自制的两种Keggin型杂多酸,硅钼钒杂多酸和硅钨钒杂多酸作催化剂,冰醋酸作溶剂,过氧化氢作氧化剂,研究了由苯直接羟基化制苯酚的催化活性,发现对于所研究的体系,即苯为0.02mol,过氧化氢为0.16mol,冰醋酸为0.24mol,当杂多酸的用量为0.10~0.15mmol、反应温度323K、反应时间80min时,硅钼钒和硅钨钒上苯酚的收率分别可达17.2%和4.3%,选择性达90.3%和87.4%.     

ZnO氧缺陷的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对ZnO_0.875的电子结构和光学性质进行了计算. 用第一性原理对含氧空位的ZnO晶体进行了结构优化处理, 计算了完整的和含氧空位的ZnO晶体的电子态密度. 结合精确计算的电子态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO_0.875 材料的介电函数、吸收系数、折射系数、湮灭系数和反射系数, 并对光学性质和极化之间的联系做了详细讨论. 结果表明ZnO_0.875晶体是单轴晶体, 并且在低能区域存在因氧缺陷而造成的一些特性. 我们的研究结果为ZnO的发光特性提供新的视野, 同时为ZnO的光电子材料的设计和应用提供理论基础.     

高压相BeO晶体的电子结构和光学性质

应用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,考虑广义梯度近似(GGA)下的交换关联势,模拟计算了高压下纤维锌矿(WZ)、闪锌矿(ZB)和岩盐(RS)结构氧化铍(BeO)晶体的电子结构和光学性质等.计算结果表明,随着压力的增加,同种结构下原子间的键长和电荷转移有所减小,并且价带和导带分别向低能和高能方向移动,禁带展宽.与常压下的BeO相比,随着压力的增加,三种结构的BeO晶体的光学性质有一定的变化,介电函数、吸收系数、折射率以及电子能量损失谱曲线出现更多的精细结构,峰的数量增多;各高压相结构的吸收谱和能量损失谱宽度逐次展宽;吸收系数曲线的吸收峰及其位于低能区域的吸收边以及电子能量损失谱峰的位置均发生一定程度的蓝移.     

钒氢化物电子结构的量子化学研究

利用电荷自洽离散变分Xα(SCC-DV-Xα)方法计算了钒基固溶体中钒氢反应前后钒及其氢化物(VHx, x=0, 1, 2)、假定原子簇模型VHx*(x=1, 2)和VHx′(x=0, 1)的电子结构. 结果表明：钒与氢气反应生成VH时, 化学效应和结构效应都使V 3d和H 1s轨道向低能量方向移动, 氢化物VH中V 3d和H 1s轨道重叠最多, V－H之间的相互作用较强。VH再与氢气反应生成VH₂时, 结构效应使V 3d和H 1s轨道都向高能量方向移动, 氢化物VH₂中V 3d和H 1s轨道重叠最少, V和H之间的相互作用较弱。氢化物VH和VH₂中不仅存在离子性相互作用, 而且还存在共价性相互作用. 结构效应导致VH₂中V－H键的共价性减弱, 从而导致VH₂中V和H之间的相互作用减弱. 氢化物VH的费米能级比VH₂的低, 说明VH更稳定.     

BaTiO3的电子结构和光学性质

采用第一性原理赝势平面波方法, 在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下分别计算了BaTiO3立方相和四方相的电子结构, 并在局域密度近似下计算了BaTiO3立方相的光学性质. 结果表明, BaTiO3立方相和四方相都为间接带隙, 方向分别为Γ-M和Γ-X, 大小分别为2.02和2.20 eV. 对BaTiO3和PbTiO3铁电相短键上电子布居数的对比分析, 给出了它们铁电性大小的差别. 且在30 eV的能量范围内研究了BaTiO3 的介电函数、吸收系数、折射系数、湮灭系数、反射系数和能量损失系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释. 计算结果与实验数据相符合.     

硼、铝和镓掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了本征硅纳米管（SiNTs）的几何结构,以及Ⅲ族元素B、Al、Ga掺杂对单壁锯齿型（14,0）SiNTs稳定性、电子结构和光学性质的影响。结果表明,褶皱型SiNTs为SiNTs稳定存在的结构,B、Al、Ga掺杂能够提高SiNTs的稳定性。本征（14,0）SiNTs属于窄带隙金属材料,通过B、Al、Ga的分别掺杂,SiNTs的带隙变宽,实现了SiNTs从金属性向半导体性质的转变。随着Ⅲ族元素原子序数的增大,其掺杂体系的稳定性不断降低,相应的带隙也不断减少。B、Al、Ga掺杂的单壁锯齿型（14,0）SiNTs具有近乎一致的光学性质,对于紫外光有着很强的吸收特性,并且对于红外和可见光吸收也有着不错的提升。     

钛铁矿型六方相ZnTiO3的电子结构和光学性质

分别采用基于密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)方法对钛铁矿型六方相ZnTiO₃的电子结构进行了第一性原理计算, 并在局域密度近似下计算了六方相ZnTiO₃的光学性质, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 结果表明, 在局域密度近似下计算得到的结构参数更接近实验数据. 理论预测六方相ZnTiO₃属于直接带隙半导体材料, 其禁带宽度(布里渊区Z 点)为3.11 eV. 电子态密度和Mulliken 电荷布居分析表明Zn―O键是典型的离子键而Ti―O键是类似于钙钛矿型ATiO₃ (A=Sr, Pb, Ba)的Ti―O共价键. 在50 eV的能量范围内研究了ZnTiO₃的介电函数、吸收光谱和折射率等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

Au掺杂硅纳米线的稳定性和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 对Au掺杂[100]方向氢钝化硅纳米线(SiNWs)不同位置的形成能、能带结构、态密度及磁性进行了计算, 考虑了Au占据硅纳米线的替代、四面体间隙和六角形间隙的不同位置. 结果表明: Au偏爱硅纳米线中心的替代位置. Au掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级, 禁带宽度变窄. 对于Au替代掺杂, 杂质能级主要来源于Au的d、p态和Si的p态, 由于Au的d态和Si的p态的耦合, Au掺杂硅纳米线具有铁磁性. 对于间隙掺杂, 杂质能级主要来源于Au的s态, 是非磁性的. 另外, 根据原子轨道和电子填充模型分析了其电子结构和磁性.     

Effect of Pressure on Electronic Structures and Optical Properties of Rocksalt InN

The electronic structures and optical properties of rocksalt indium nitride (InN) under pres-sure were studied using the first-principles calculation by considering the exchange and cor-relation potentials with the generalized gradient approximation. The calculated lattice con-stant shows good agreement with the experimental value. It is interestingly found that the band gap energy E_g at the Γ or X point remarkably increases with increasing pressure, but E_g at the L point does not increase obviously. The pressure coefficient of E_g is calculated to be 44 meV/GPa at the Γ point. Moreover, the optical properties of rocksalt InN were calculated and discussed based on the calculated band structures and electronic density of states.     

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近. 价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成. 在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域. 根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ⅰ_p},{Ⅱ_pu},{Ⅱ_au,Ⅱ_ad,Ⅱ_pd,Ⅲ_pu},{Ⅲ_au,Ⅲ_ad,Ⅲ_pd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.     

多聚氰梯型结构及其电子性质

采用量子化学半经验ＭＮＤＯ，ＣＮＤＯ／２准一晶体轨道程序（ｂａｎｄ３１、３２简写为ＣＮＤＯ／２－ＣＯ）探讨了多聚氰的双侧含氮梯型结构，初步揭示了结构稳定性和电子性质变化的规律，能带结构分析指出，梯型结构进一步向二维拓宽，将使体系能隙变小，本征电导率增加，上述结论与聚合度和电导率随裂解温度增高而相应增加的实验结果一致。     

采用第一性原理研究非金属掺杂BiOCl的电子结构和光吸收性质

基于密度泛函理论的第一性原理分别研究了不同浓度Br和I掺杂BiOCl体系的能带结构、态密度、形成能和光学性质.研究结果表明,由于Br的4p和I的5p轨道作用,Br和I掺杂可在一定程度上降低BiOCl的禁带宽度,拓宽BiOCl的光吸收范围.Br和I掺杂BiOCl的形成能计算结果表明,Br掺杂BiOCl的稳定性高于I掺杂体系.对于B,C,N,Si,P和S掺杂BiOCl体系,掺杂能级的形成主要由掺杂元素的np轨道贡献,使BiOCl吸收带边红移至可见光区.而S掺杂则位于价带顶位置,有效地降低了BiOCl禁带宽度,使BiOCl响应波长出现红移,且未形成中间能级,不易成为俘获陷阱,因此S掺杂将是一种提高BiOCl可见光光催化活性的改性方法.     

噻吩低聚物分子器件电输运特性的理论研究

Based on the first-principles computational method and the elastic scattering Green's func-tion theory, we have investigated the electronic transport properties of different oligothio-phene molecular junctions theoretically. The numerical results show that the difference of geometric symmetries of the oligothiophene molecules leads to the difference of the contact configurations between the molecule and the electrodes, which results in the difference of the coupling parameters between the molecules and electrodes as well as the delocalization properties of the molecular orbitals. Hence, the series of oligothiophene molecular junctions display unusual conductive properties on the length dependence.