Ce、N共掺杂锐钛矿相TiO2光学性能的第一性原理研究

采用密度泛函理论研究了Ce、N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、态密度和光学特性.计算结果表明,不同位置Ce、N共掺杂对TiO2的杂质形成能、带隙和光学性质是有影响的.共掺杂带隙比单掺杂TiO2的更窄,导致电子从杂质能级激发到导带的概率增大,这会提高共掺杂TiO2的光量子效率.Ce、N共掺杂后TiO2吸收带边红移至可见光区的更远处,光学吸收系数比单掺杂时更强,这主要是由Ce、N共掺杂的协同效应引起的.带边位置的计算结果表明掺杂TiO2的强氧化还原能力得到保持.因此,Ce、N共掺后TiO2在可见光区具有良好的光催化性能.     

Mo掺杂锐钛矿相TiO2磁光性能的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法研究了Ti0.97917 Mo0.02083 O2,Ti0.96875 Mo0.03125 O2和Ti30 Mo2 O64超胞模型的晶格常数,能带结构,态密度和吸收光谱分布.研究结果表明,随着Mo掺杂量的增大,掺杂体系的体积逐渐增大,形成能逐渐升高,掺杂越困难.与此同时,掺杂体系吸收带边均显著红移,禁带宽度均变小,所有掺杂体系均转化为n型简并半导体.与未掺杂TiO2相比较,随着Mo掺杂量提高,掺杂体系禁带宽度减小趋势逐渐减弱,吸收光谱红移减弱.同时,体系的磁矩减小.     

Cu-I掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了未掺杂,Cu、I单掺杂以及Cu-I共同掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质.结果 表明,Cu、I单独掺杂TiO2都使得吸收带边红移,I单掺时I5p跟O2p态造成禁带宽度变小,吸收带边红移,Cu单掺时Cu的3d态杂质能级引入价带顶部造成禁带宽度变小,吸收带边红移更加明显.对于Cu-I共同掺杂TiO2,Cu主要作用于价带顶,I主要作用于导带底,进而引入杂质能级,使得禁带宽度明显减小,吸收带边明显红移,通过Cu-I协同作用形成电子、空穴俘获中心,有效地阻碍了电子-空穴对的复合,提高了对可见光的催化效率.     

Ce掺杂与O空位对锐钛矿相TiO2磁学和光学性能影响的第一性原理研究

基于第一性原理计算,建立了含有不同Ce与O空位配比的锐钛矿TiO2模型.对各个体系的稳定性、磁性、电子结构及吸收光谱进行了计算.结果表明:Ce与近邻O空位间的自旋电子交换是锐钛矿TiO2净磁矩的来源,因此体系的磁性与Ce和O空位的相对位置有关.Ce或O空位浓度增加在费米能级附近形成的施主能级使得带隙宽度进一步减小,因此体系对可见光的吸收系数进一步增加.与局域性更强的Ce-4f电子相比,Ti-3d电子更易受激参与光催化反应,因此Ce掺杂引起的O空位及其浓度是影响锐钛矿TiO2光催化性能的主要因素.     

S与Hf/Ta/W掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和 光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理密度泛函理论,计算了S单掺及S和过渡金属X(Hf、Ta、W)共掺锐钛矿相TiO2后的电子结构和光学性质.计算结果表明,S单掺及S和X(Hf、Ta、W)共掺杂锐钛矿TiO2后,带隙变窄,表明掺杂后的体系导电性能增强,其中Ta、W与S共掺后,费米能级穿过导带,表现出n型半导体特征;光学性质结果表明:掺杂后各体系的吸收光谱吸收带边均发生红移,S-Ta共掺和S-W共掺体系红移程度最大,并且在可见光区域出现吸收峰,S-W共掺体系的吸收峰最大,说明了该体系的光催化功能较强.各掺杂体系的反射率主峰均向低能方向移动,共掺移动幅度更大,且S-W共掺体系的反射系数在可见光区最大.各共掺体系的静态折射率依次增大,其中S-Hf共掺体系静态折射率在各体系中最小.     

稀土元素(Ce/Nd/Eu/Gd)与N共掺金红石相TiO2的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,计算分析了纯金红石相TiO2,Ce、Nd、Eu和Gd四种稀土元素单掺杂金红石相TiO2,以及与N共掺金红石相TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质.由掺杂前后的结果分析发现,掺杂后晶胞膨胀,晶格发生畸变;费米能级上移进入导带,导带底部引入杂质能级,提高了掺杂体系的电导率和对可见光的响应;光学性质、介电函数和吸收谱掺杂体系峰值比纯TiO2小,反射谱和能量损耗谱出现红移现象.     

Nd、N掺杂和Nd/N共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学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研究了 N掺杂, Nd掺杂,和Nd/N共掺杂对锐钛矿相TiO2晶格参数、能带结构、电荷布居、电子态密度和光吸收性质的影响.结果表明,杂质的引入不同程度的改变了TiO2的晶格参数,Nd的掺杂使TiO6八面体畸变最大;N掺杂TiO2使带隙宽度减小,且在价带顶出现杂质能级;Nd掺杂和Nd/N共掺杂不仅使TiO2带隙宽度减小并在其价带和导带之间出现了空带,空带主要由Nd原子的4f轨道能级所贡献;由于禁带宽度的减小和杂质能级的出现使得掺杂后TiO2的吸收光谱的吸收边向可见光方向移动,增加了物质对光吸收的响应范围.     

立方相Ca2Ge结构稳定性的第一性原理研究

采用贋势平面波中的GGA和LDA两种近似方法分别计算立方相Ca2Ge在-6~8 GPa应力作用下的弹性特性、布局分析、电子结构和(100)面的电荷密度,分析应力作用下立方相Ca2Ge的结构稳定性.计算结果表明,当应力在-6~8 GPa范围,立方相Ca2Ge具有较好的力学稳定结构,体弹模量B、剪切模量G和杨氏模量E随应力的增加而增加,体弹模量B的增长呈线性增加,而剪切模量G和杨氏模量E的增长速率随应力的增加而减小.根据Pugh准则,当应力小于4 GPa时,立方相Ca2Ge表现为脆性,应力大于等于4 GPa时,表现为延性.根据布局分析结果,随着压力的增加,Ca原子4s态电子向3d态跃迁,立方相Ca2Ge化合物在较高压力下存在共价键,离子性降低.能带结构和态密度计算结果表明,应力在-4~8 GPa范围,带隙值随应力的增加而成线性降低,在-6~0 GPa应力下,Ca s态电子未参与成键,随着应力的增加,各电子态的能带线宽度增加,态密度的峰值宽度增加,表明电子云的重叠越大,电子间的成键强度加强.分析立方相Ca2Ge(100)面的电荷密度,得出(100)面上最大电荷密度值随应力的增加而减小,最小电荷密度值随应力的增加而增加,说明(100)面上电子局域性随应力的增加而降低,电子云的重叠程度随应力的增加而增大,电子轨道半径增大,成键强度增强.     

Hf/Ta/W单掺锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理赝势方法计算过渡金属X(Hf、Ta、W)单掺锐钛矿相TiO2后的电子能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,X掺锐钛矿相TiO2,使得掺杂后体系的体积增大,并随着X掺杂浓度的增加而增大;掺杂体系的禁带宽度都比纯TiO2的要小;由能带图可知,Ta、W单掺后,费米能级进入导带,说明这两种单掺体系属于N型半导体;随着不同浓度Hf、Ta、W的掺入,发现吸收光谱都发生了不同程度的红移,其中Ta、W掺杂体系的光响应范围覆盖了整个可见光区域,对比所有掺杂体系发现Ti0.9375 W0.0833 O2在可见光区域的光响应能力最强,这些现象说明X的掺入大大提升了TiO2光催化能力.     

Cr掺杂锐钛矿相TiO2光学性质的第一性原理研究

本文对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.模拟计算了完整及Cr掺杂TiO2的电子结构,介电函数及吸收光谱的偏振特性.计算结果表明完整的锐钛矿型TiO2晶体在可见光范围内无吸收;掺Cr后晶体的禁带宽度减小到2.25 eV,吸收边红移,并在可见光区域出现了2.51 eV(495 nn)的吸收峰,表明Cr掺杂有利于提高TiO2对太阳光的吸收.计算结果与实验结果基本相符.     

AgAlSe2晶体高压相变的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似法,研究了黄铜矿结构AgAlSe₂在高压下的晶体结构、晶格动力学稳定性与电子结构.结果显示:在0 GPa时AgAlSe₂的晶格参数与实验值吻合,在13.9 GPa附近,质量密度、Se-Ag键长、Se-Al键长、晶格常数a突然增大,相对晶胞体积V/V₀、晶格常数c突然减小,声子谱出现虚频,结构变得不稳定,带隙发生突变,数值呈减小趋势.表明AgAlSe₂晶体在13.9 GPa附近发生结构相变.该研究为AgAlSe₂晶体在理论上所能承受的高压提供信息支撑.     

纤锌矿和岩盐结构ZnO的相变、弹性性质和电子结构研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(USP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了岩盐结构(B1)和纤锌矿结构(B4)ZnO的相变、弹性性质,并分析了B1和B4相ZnO在相变点处的电子结构特征.计算结果表明:ZnO在12.72 GPa时发生了由B4相向B1相的转变.B1和B4相ZnO的体弹性模量分别为171.5 GPa和132.8 GPa.能带结构的结果表明B1相是间接带隙半导体,带隙值为1.404 eV,而B4相是直接带隙半导体,带隙值为1.107 eV.     

SiO2气凝胶小球热处理过程中的相变研究

以无机硅溶胶为先驱物,通过溶胶-凝胶过程和常压干燥工艺制备出SiO2气凝胶.将SiO2气凝胶在不同温度条件下进行热处理,采用DSC、XRD、TEM、BET和IR等手段表征了SiO2气凝胶由无定形态向多晶态转化过程中,其多孔结构特征的变化.研究结果表明,在600℃以下进行热处理,样品表现出良好的热稳定性;当热处理温度在600～1060℃,随着温度的升高,多孔结构特征因无定形SiO2微粒团聚而逐渐消失;当热处理温度高于1060℃,无定形SiO2发生相变形成多晶态,导致SiO2气凝胶多孔结构特征完全消失.     

Phase Transitions of Urea Adducts with n-Paraffins under High Pressure

The temperatures of the phase transition between orthorhombic and hexagonal structures of the urea adducts with n-paraffins, n-C_nH_2n+2 (n = 14–44), have been measured by differential thermal analysis for the pressure range up to 250MPa. The transition temperatures increase both with pressure and with the number of carbon atoms of the guest paraffins. The increasing rate of the transition temperatures with pressure is about half of that of pure paraffin crystals. The pressure dependences of the lattice constants have also been measured by X-ray diffraction. The specific volume changes discontinuously at the transition pressure; the result suggests that the phase transition of the urea adducts with n-paraffins is a first-order one. Furthermore, the specific volume change at the transition pressure decreases with the number of carbon atoms of the guest paraffins; 3.4 × 10-⁶ m³/Kg for n = 16 and 2.1 × 10-⁶ m³/Kg for n = 44.     

(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr0.7Bi0.2)TiO3与铁电体(Bi0.5Na0.5)TiO3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3(记为BNT-xSBT,x=10mol;、20mol;、30mol;和40mol;).通过传统固相法进行制备,研究了(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响.结果表明,室温所测BNT-xSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构.A位复合占位的BNT-xSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其Tm随x的增大而减小.低温(Td)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程.(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形.x=30mol;时,BNT-xSBT陶瓷具有大的Pmax=26.8μC/cm2、小的Pr=1.4μC/cm2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm3,η=68.5;(@70 kV/cm).     

高纯TiO2超微粉体的制备

以廉价的TiCl4为原料,液体石蜡为纯化剂,氨水作形核剂,制备出高纯TiO2超微粉体。用XRF分析了样品的物相组成;XRD和SEM等手段表征了粉体合成过程的物相变化和形貌特征。结果表明,TiCl4经过矿物油(液体石蜡)除钒和精馏除铁等杂质后进行水解,当TiCl4溶液浓度0.65 mol/L,水解温度60℃、反应时间2 h、pH值=7、在800℃煅烧2 h条件下,制备出TiO2的纯度达到99.9952%,晶型为金红石相,晶粒尺寸约0.65μm,形貌近球形。     

掺杂VO2薄膜的相变机理和研究进展

掺杂VO2薄膜是一种具有相变特性的功能材料,具有广阔的应用前景.本文综述了掺杂VO2薄膜的相变机理、制备方法和应用前景,并指出掺杂VO2薄膜的发展趋势,以期更好地探讨掺杂VO2薄膜的应用研究.     

SrTiO3铁电体反铁畸变序参量的研究

钛酸锶(SrTiO3)的反铁畸变是氧八面体绕[001]轴转过一微小角度θ引起的,由于前人对相变中晶体学原胞的选取不合适,所以不能正确说明晶体结构对称性的变化.本文提出一种晶体学原胞的选取方法,能很好地反映相变前后对称性的变化.由居里原理,分析其序参量是一个三阶全对称的极张量,并给出具体的数学形式.