KTa_(0.5)Nb_(0.5)O_3电子结构的第一性原理研究

用全电势线性缀加平面波法 (FLAPW )计算了KTa0 .5Nb0 .5O3 铁电相和顺电相的态密度、能带结构 .通过对两相态密度的对比分析我们发现在铁电相 ,钽原子的d电子和氧原子的 2p电子以及铌原子d电子与氧原子的 2p电子之间存在强烈的轨道杂化 ,对能带的分析也得出同样的结论 .这种轨道杂化对KTa0 .5Nb0 .5O3 铁电性的稳定有着重要的意义 .钽原子在四方铁电体KTa1 xNbxO3 中的作用与在纯钽酸钾中的作用有明显的差别 .     

室温下空气与金属铌和钽表面的相互作用

用XPS角分布法研究了铌和钽在室温下与干燥空气的相互作用.结果表明铌和钽表面生成了化学组成分别为Nb_2O_5和Ta_2O_5的氧化物,氧化膜内金属原子和氧原子呈混合状态,从而排除了这种相互作用仅仅是化学吸附的可能性.     

Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面吸附结构的总能计算

采用密度泛函理论(DFT)研究了氧吸附后Pt/Cu(001)表面合金的原子结构和表面性质.计算结果表明,在Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面最稳定结构中,衬底表面原子层不发生再构,氧原子吸附于4重对称的Pt原子谷位,每个氧原子吸附能约为2.303 eV.吸附结构的Cu-O和Pt-O键键长分别为0.202和0.298 nm,氧原子的吸附高度Zcu-O约为0.092 nm.吸附前后Pt/Cu(001)-1ML(monolayer)表面合金的表面功函数分别为4.678和5.355 ev.吸附表面氧原子和衬底的结合主要来自氧原子2p轨道和衬底金属原子d轨道的杂化作用,氧原子吸附形成的表面电子态主要位于费米能级以下约-2.7 eV处.     

Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面吸附结构的总能计算

采用密度泛函理论(DFT)研究了氧吸附后Pt/Cu(001)表面合金的原子结构和表面性质. 计算结果表明, 在Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面最稳定结构中, 衬底表面原子层不发生再构, 氧原子吸附于4重对称的Pt原子谷位, 每个氧原子吸附能约为2.303 eV. 吸附结构的Cu—O和Pt—O键键长分别为0.202和0.298 nm, 氧原子的吸附高度ZCu—O约为0.092 nm. 吸附前后Pt/Cu(001)-1ML(monolayer)表面合金的表面功函数分别为4.678和5.355 eV. 吸附表面氧原子和衬底的结合主要来自氧原子2p轨道和衬底金属原子d轨道的杂化作用, 氧原子吸附形成的表面电子态主要位于费米能级以下约-2.7 eV 处.     

Cl2和O2在TiC(100)表面共吸附行为的密度泛函理论分析

基于密度泛函理论的第一性原理从头计算方法,建立了Cl₂和O₂在TiC(100)表面的共吸附模型.通过分析吸附能、电荷密度和偏态密度(PDOS)等参数,研究了Cl₂和O₂在TiC(100)表面的反应机理,发现解离后的Cl原子和O原子与TiC(100)表面的原子均成键,从而破坏了Ti—C键.Cl₂分子在吸附过程中充当电子的受体,得到与之成键的Ti原子贡献的电子,O₂分子在吸附过程中也充当电子的受体,得到C原子贡献的电子.TiC(100)表面在吸附分子后,Ti—C成键轨道上电子占据数变少,反键轨道上电子占据数增多,Ti原子与C原子之间的成键作用减弱.同时,Ti3d与Cl3s,Cl3p发生轨道重叠杂化作用,O2p轨道和C2p轨道存在较强的共振峰,Cl原子和O原子与TiC表面相互作用强烈.     

(Co,P)双掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯MgF2晶体、Co掺杂MgF2晶体、P掺杂MgF2晶体和(Co,P)双掺杂MgF2晶体的电子结构和光学特性.结果表明,掺杂后的MgF2晶体发生了畸变,原子之间的键长也有所变化.(Co,P)双掺杂后,由于非金属原子p态和金属原子d态之间的轨道杂化,在MgF...     

O3分子在CuO(110)面吸附的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论研究了O3分子在2×1 CuO(110)面(S1)和掺杂一个Fe原子的2×1 CuO(110)面(S2)的吸附过程和电子特性. 计算结果表明, O3分子与表面S1和S2有很强的相互作用, O3分子在表面吸附反应的活化能和反应能均为负值, 反应很容易进行. 态密度和电荷密度分析结果进一步证实了O3分子在S1上吸附是桥位化学吸附, 形成表面臭氧化物, 在S2上吸附分解为1个被吸附的表面氧原子和1个自由氧分子. 电子特性分析表明, O3分子与S1和S2相互作用的本质是O3分子的价轨道2p与CuO(110)表面杂化轨道的相互作用.     

氨基酸修饰的手性多酸的电子结构和光学活性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了L-O₂CCHCH₃NH₃(L-Alanine)修饰的手性多酸[Se^ⅣMo₆O₂₁(L-alanine)₃]^2-, [Sb^ⅢMo₆O₂₁(L-alanine)₃]^3-及[Bi^ⅢMo₆O₂₁(L-alanine)₃]^3-的几何结构、电子结构以及紫外-可见(UV-Vis)谱和电子圆二色(ECD)谱.通过对电荷转移跃迁性质的分析, 探讨了多酸中杂原子对手性光学性质的影响.结果表明, 杂原子(Se, Sb, Bi)对多酸的几何结构影响较大, 且对该类体系的UV-Vis谱的吸收峰的强度和峰形都有显著的影响.其ECD谱的转动吸收方向和强度以及吸收峰位和峰形也因杂原子的不同而发生明显变化.低能区UV-Vis谱和ECD谱的产生主要源自多酸中氧原子的p轨道到Mo原子d轨道的电荷转移跃迁, 而对于高能区的UV-Vis谱和ECD谱的产生, 则主要为多酸中杂原子以及与杂原子直接相连的氧原子p轨道到Mo原子d轨道的电荷转移跃迁.     

SnO2(110)弛豫表面构型与电子结构的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函方法对SnO₂(110)表面的构型和电子结构进行了系统研究. 结果表明, 与理想表面相比, 表面弛豫导致表层五配位Sn原子向体相方向位移, 六配位Sn原子以及表面氧原子往真空方向移动, 而桥氧原子位置基本保持不变. 当表面厚度小于3 nm时, 表面能和表层原子的弛豫大小随着层数的增加出现振荡现象. 由能带计算结果得知, 以桥氧的2p_y/2i>p_z轨道为主要成分的能带出现在体相的带隙中. 进一步考察了弛豫对表面电子结构的影响.     

Mn掺杂TiO_2(101)提高锂空电池阴极催化活性的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论对TiO_2(101)和Mn_xTi_(1-x)O_2(101)作为锂空电池阴极催化材料进行了研究,发现其表面能够生成两种不同结构的Li_2O_2,进一步地研究了其中最稳定的生成结构并通过计算锂空电池首次充放电过程中的过电势来评价催化性能.结果表明,Mn掺杂进入Ti O_2(101)对充放电的过电势均有降低作用,深入分析发现掺杂Mn对TiO_2促进阴极催化反应的本质因素源于掺杂原子Mn的d态轨道的分布以及其平均能量.掺杂原子的d态轨道在费米能级处的峰态诱导了附近O的p态轨道,二者共同作用在Mn_xTi_(1-x)O_2(101)的总态密度的费米能级处形成多个新峰,改变了催化剂的导电方式.此外,由于掺杂原子Mn的d态轨道的平均能量高于Ti原子,使得O的p态轨道受到更多的激发,促使在Mn掺杂原子附近的氧空位形成能降低,为放电过程阴极催化反应的氧还原提供了更多的活性位点并且有利于氧气的吸附与还原.     

氢对PbZr0.5Ti0.5O3在氮氢混合气氛退火中铁电性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理, 针对PbZr0.5Ti0.5O3无氢和含氢的顺电相和铁电相的二层超晶胞, 分别计算了Ti沿c轴位移时体系总能量的变化、电子云密度分布和Ti—O、Zr—O和H—O的重叠布居数. 结果表明, 含氢铁电相的Ti—O键和Zr—O键相对无氢铁电相明显减弱, 氢氧之间较强的轨道杂化使它们趋于形成共价键; 晶格中氢氧键的钉扎效应使含氢情况下的顺电相能量始终低于铁电相能量, 说明氢的引入阻碍了PbZr0.5Ti0.5O3从立方顺电相到四方铁电相的相变, 并推断其为含氢气氛退火过程中PbZr0.5Ti0.5O3铁电性能下降的主要原因之一. 所得结果对于深入理解铁电材料在氮氢混合气氛退火后铁电性能下降的微观机制具有参考价值.     

局部化学法合成K0.5Bi0.5TiO3片状晶粒及其反应机理研究

以含铋层状Bi4Ti3O12(BIT)晶粒作为反应前驱体, 通过熔盐环境下的局部化学反应法制备了片状钛酸铋钾(K0.5Bi0.5TiO3, KBT)陶瓷粉体晶粒. 分析结果表明, 所制备的KBT陶瓷晶粒平均直径约为15～20 μm, 厚度小于2 μm. 分析了由含铋层状型BIT向钙钛矿型KBT片晶转化的形成机制, 并讨论了反应路径对最终产物形貌的影响规律.     

磁铅石型复合氧化物LaNi_xCo_(1-x)Al_(11)O_(19+δ)催化剂上CH_4和CO_2重整反应的研究

考察了磁铅石型复合氧化物LaNi_(0.5)M_(0.5)Al_(11)O_(19 + δ) (M = Co, Fe, Mn, Cu)和LaNi_xCo_(1-x)Al_(11)O_(19+δ)催化剂在CH_4与CO_2重整制合成 气反应中的催化活性，并应用XRD，TPR，UV-DRS技术着重表征LaNi_xCo_(1-x)Al_ (11)O_(19+δ)催化剂的结构和性能。研究结果表明该系列催化剂具有相同的晶体 结构和相似的还原稳定性。对不同过渡金属取代的催化剂来说，以LaNi_(0.5)Co_ (0.5)Al_(11)O_(19+δ)催化剂具有最好的反应活性。而对于LaNi_xCo_(1-x)Al_ (11)O_(19+δ)系列催化剂，当x ≤ 0.375时，随x值的增大，催化活性明显提高， 但在0.375 ≤ x ≤ 1.0范围内，催化活性几乎保持不变。由此得到结论，对于此 反应来说，控制Ni量在0.375 ≤ x ≤ 0.50范围内比较合适。     

A novel synthesis of Nb_2O_5@rGO nanocomposite as anode material for superior sodium storage

The development of novel anode materials,with superior rate capability,is of utmost significance for the successful realization of sodium-ion batteries(SIBs).Herein,we present a nanocomposite of Nb_2 O_5 and reduced graphene oxide(rGO) by using hydrothermal-assisted microemulsion route.The water-in-oil microemulsion formed nanoreactors,which restrained the particle size of Nb_2 O_5 and shortened the diffusion length of ions.Moreover,the rGO network prevented agglomeration of Nb_2 O_5 nanoparticles and improved electronic conductivity.Consequently,Nb_2 O_5@rGO nanocomposite is employed as anode material in SIBs,delivering a capacity of 195 mAh/g after 200 charge/discharge cycles at 0.2 A/g.Moreover,owing to conductive rGO network,the Nb_2 O_5@rGO electrode rende red a specific capacity of 76 mAh/g at high current density of 10 A/g and maintained 98 mAh/g after 1000 charge/discharge cycles at 2 A/g.The Nb_2 O_5@rGO electrode material prepared by microemulsion method shows promising possibilities for application of SIBs.     

Facile hydrothermal construction of Nb_2CT_x/Nb_2O_5 as a hybrid anode material for high-performance Li-ion batteries

Herein,a simple yet efficient hydrothermal strategy is developed to in-situ convert multi-layered niobium-based MXene(Nb_2 CT_x) to hierarchical Nb2 CTx/Nb_2O_5 composite.In the hybrid,the Nb_2O_5 nanorods are well dispersed in and/or on the Nb_2 CTx.Thanks to the synergetic contributions from the high capacity of Nb_2O_5 and superb electrical conductivity of the two-dimensional Nb_2 CT_x itself,the resultant Nb_2 CTx/Nb_2O_5 hybrid exhibits excellent rate behaviors and stable long-term cycling behaviors,when evaluated as anodes for Li-ion batteries.     

铬和钼掺杂对HCa2Nb3O10/Pt光催化性能的影响

通过高温固相反应合成了铌酸盐KCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂(摩尔分数5%)的KCa2Nb3O10,并通过离子交换反应制备出HCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂的HCa2Nb3O10,采用X射线衍射、原子吸收光谱、扫描电镜等对所制得的样品进行了表征.在甲醇为电子给体、Pt为助催化剂的情况下,研究了催化剂HCa2Nb3O10及Cr3+和Mo6+掺杂的HCa2Nb3O10在紫外光辐射下分解水产氢的光催化活性,并讨论了引起催化剂活性差异的原因.     

First-principles study of the (001) surface of cubic SrHfO(3) and SrTiO(3)

We have performed first-principles calculations on the (001) surface of cubic SrHfO(3) and SrTiO(3) with SrO and BO(2) (B = Ti or Hf) terminations. Surface structure, partial density of states, band structure, and surface energy have been obtained. For the BO(2)-terminated surface, the largest relaxation appears on the second-layer atoms but not on the first-layer ones. The analysis of the structure relaxation parameters reveals that the rumpling of the (001) surface for SrHfO(3) with SrO termination is stronger than that for SrTiO(3). For the HfO(2)-terminated surface of SrHfO(3), the surface state appears near the M point of its band structure.     

Nb_2O_5/γ-A1_2O_3表面铌氧物种的分散状态与酸性特征

负载型Nb_2O_5是多种催化反应的有效催化剂.以草酸铌为前驱物,γ-Al_2O_3为载体,通过浸渍法制备不同负载量的Nb_O_5/γ-Al_2O_3催化剂.采用粉末X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)和吡啶吸附傅立叶变换红外(Py-IR)光谱方法对催化剂表面铌氧(NbO_x)物种的分散特征、酸性特征进行表征,通过异丁烯(IB)与异丁醛(IBA)缩合生成2,5-二甲基-2,4-己二烯(DMHD)反应评价催化剂表面酸催化活性.结果表明,Nb在γ-Al_2O_3表面的单层分散容量(г_(Nb)为7.6 μmol·m~(-2),与"嵌入模型"理论分析:Nb~(5+)分散在γ-Al_2O_3优先暴露晶面(110)上八面体空位中的单层分散容量值7.5 μmol·m~(-2)接近,即分散的Nb~(5+)离子键合在γ-Al_2O_3表面八面体空位中.在低负载量下,分散在γ-Al_2O_3表面的Nb_2O_5主要以孤立的NbO_x物种形式通过Nb--O--Al键与载体表面键合,与LRS结果一致.处于孤立状态下的NbO_x物种使表面Lewis酸位量下降.随负载量的增加,孤立的NbO_x物种通过Nb--O--Nb键连接而聚集,并形成表面Br(o)nsted酸位,随着NbO_x聚集度增加,表面Br(o)nsted酸密度增加,酸性增强,对IBA与IB缩合反应催化活性增加.当负载量超过单层分散容量时,NbO_x物种呈现三维聚集状态,DMHD的转化频率(TOF)降低,同时表面Br(o)nsted酸性增强,导致目标产物DMHD的选择性降低.Nb2_O_5/γ-Al_2O_3催化剂表面Br(o)nsted酸特征与NbO_x物种聚集状态密切相关.     

Nanostructured lead-free ferroelectric Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3 whiskers: synthesis mechanism and structure

Nanostructured lead-free ferroelectric Na(0.5)Bi(0.5)TiO(3)-BaTiO(3) (NBTBT) whiskers with a high aspect ratio were synthesized topochemically using Na(2)Ti(6)O(13) (NTO) as a host structure for the first time. High energy X-ray diffraction coupled with an atomic pair distribution function (PDF) and Raman scattering analyses were used to confirm the average structure of the lead-free NBTBT whiskers, which was found to be rhombohedral, i.e. a ferroelectric enabling type. High resolution transmission electron microscopic (HRTEM) analysis revealed local monoclinic-type structural distortions, indicating a modulated structure at the nanoscale in the morphotropic phase boundary (MPB) composition of the lead-free NBTBT whiskers. The structural rearrangement during the synthesis of the lead-free NBTBT whiskers was found to occur via translation of the edge shared octahedra of NTO into a corner sharing coordination. High temperature morphological changes that depict the disintegration of the isolated whiskers into their individual grains due to the higher grain boundary energy have been found to occur in close analogy with Rayleigh-type instability.