六钛酸钾(K2Ti6O13)晶须几何构型、能量及电子结构的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对具有单斜结构六钛酸钾( K2Ti6O13)晶体的几何构型、能量及电子结构进行系统研究.计算所得K2Ti6 O13晶体的晶格常数、原子位置等晶胞参数均与实验值吻合,且形成热与结合能的计算结果显示该晶体具有较高的相结构稳定性;进一步的电子结构分析表明,K2Ti6O13晶体呈现具有间接带隙的半导体性质,在K2Ti6O13内部,Ti-O间成键作用明显强于K-O,而K-Ti间却未明显成键,且Ti(d)与O(p)轨道电子间较强的共价键相互作用直接决定了K2Ti6O13晶体的相结构稳定性.     

SiH4在Si(001)-(2×1)表面吸附的第一性原理研究

用第一性原理密度泛函理论研究SiH4在Si(001)-(2×1)表面的分裂吸附及吸附后的结构、能量和成键特性,计算了反应物、过渡态及生成物三个状态的能量,吸附能和反应能.计算结果表明:SiH4在Si(001)-(2×1)重构表面吸附的可能反应路径是由于SiH4中Si-H键的拉长和二聚体键的断裂导致的,形成产物Si(001)-(2×1)(SiH3:H);由SiH4分裂的能量势垒0.78 eV说明所推测的反应路径是合理的.     

石墨烯中嵌入硅纳米线的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了石墨烯中嵌入不同构型硅纳米线的电子特性.分析了不同构型的硅纳米线嵌入石墨烯后结构的稳定性、能带结构、态密度和差分电荷密度.研究发现:(1)直线型-I硅纳米线嵌入结构存在带隙,并且带隙的大小受到硅含量的调节.(2)扶手椅型硅纳米线嵌入结构和直线型-II硅纳米线嵌入结构由半导体变为导体.     

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.     

BiOCl(110)表面电子结构和光学吸收的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理研究了BiOCl(110)表面两种不同终止端(ll0)-BiCl和(110)-O电子结构和光吸收性质.结果表明:(110)-BiCl和(110)-O表面均未发生重构现象;(ll0)-BiCl表面导带底部出现明显表面态,导致该表面带隙降低,且价带与导带均朝低能方向移动;而(110)-O表面态位于价带顶,导带能带变窄导致该表面带隙略大于体相BiOCl;(ll0)-BiCl和(110)-O表面能分别为1.570 J· m-2和1.550 J· m-2;光吸收性质对比分析知,与BiOCl体相相比,(ll0)-BiCl表面吸收光谱发生明显红移.     

压强效应下Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算了不同压强下立方结构双钙钛矿氧化物Ba2YNbO6的弹性性质与电子结构.计算结果表明:平衡状态下Ba2YNbO6为延展性材料,且延展性随压强的增大而提高;弹性常数,弹性模量和泊松比均随压强的增大近线性增大;Ba2YNbO6为直接带隙半导体,平衡状态下带隙宽度为2.55 eV,且带隙值随压强的增大而减小;费米面附近的能带主要由O 2p,Nb 4d和Y 4d层的电子态密度确定,增大压强使态密度峰有偏离费米面的趋势,并且态密度展宽,峰发生劈裂.     

Fe掺杂α-Bi2O3光电性质的第一性原理研究

采用第一性原理杂化泛函HSE06方法对Fe掺杂α-Bi2 O3的电子结构和光学性质进行了计算研究.结果表明,Fe掺杂α-Bi2 O3体系有较小的结构变形,本征α-Bi2 O3的禁带宽度为2.69 eV,Fe掺杂使α-Bi2 O3的禁带宽度减小(约为2.34 eV).对其光学性质研究得出Fe掺杂扩展了α-Bi2 O3对可...     

K、Ti掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对本征Mg₂Si以及K和Ti掺杂Mg₂Si的几何结构、电子结构和光学性质进行计算分析。计算结果表明本征Mg₂Si是带隙值为0.290 eV的间接带隙半导体材料,K掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为p型半导体,电子跃迁方式由间接跃迁变为直接跃迁,Ti掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为n型半导体,仍然是间接带隙。K、Ti掺杂后的静介电常数ε₁(0)从20.52分别增大到53.55、69.25,使得掺杂体系对电荷的束缚能力增强。掺杂后,吸收谱和光电导率均发生红移现象,这有效扩大了对可见光的吸收范围,此外可见光区的吸收系数、反射系数以及光电导率都减小,导致透射能力增强,明显改善了Mg₂Si的光学性质。     

Ti5 Al2 C3与Ti2 AlC、Ti3 AlC2结构、弹性和电子性质的第一性原理对比研究

采用第一性原理的方法,研究了Ti5 Al2 C3在高压下的结构、弹性和电子性质,并与Ti2 AlC和Ti3 AlC2进行了对比分析.结果表明:三者的晶格常数a值近似相等,而Ti5 Al2 C3的c值和V值则分别近似等于Ti2 AlC和Ti3 AlC2的对应值之和;通过晶体结构分析认为Ti2 AlC和Ti3 AlC2分别由Al-Ti-C-Ti链和Al-Ti-C-Ti-C-Ti链交替排列构成,而Ti5 Al2 C3的结构主链Al-Ti-C-Ti-Al-Ti-C-Ti-C-Ti刚好是Ti2 AlC和Ti3 AlC2的主链之和;综合分析认为Ti5 Al2 C3可由Ti2 AlC与Ti3 AlC2组合而成.三者的结构参数都随着压力增大而减小,Ti5 Al2 C3的弹性性质介于Ti2 AlC和Ti3 AlC2之间,满足Ti3 AlC2>Ti5 Al2 C3>Ti2 AlC;通过电子态密度分析认为三者均具有共价键和金属键的共同性质.     

WO3（001）极性表面及氢吸附特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对WO3 (001)的极性表面及其氢吸附特性进行了理论计算.通过对比WO表面和纯氧表面的表面化学势研究了两个极性表面的热力学稳定性,并分别计算了表面的几何结构和电子结构.结果表明:在贫氧环境中WO表面比较稳定,而在富氧环境中纯氧表面更稳定,WO表面和纯氧表面分别呈现n型半导体和p型半导体特性,表面原子通过调整W-O键长和键角实现表面弛豫.氢原子在两个极性表面不同吸附位置的计算表明:对WO表面和纯氧表面,W5c位和O1c位分别是稳定的吸附位置,且两者具有不同的反应特性.     

NbB2（0001）表面性质的第一性原理研究

应用密度泛函理论的第一性原理的方法分析了两种不同终端的NbB2(0001)表面的几何结构和电子结构。结果表明:两种不同终端的(0001)表面结构弛豫主要发生在前三层,并且硼终端的表面弛豫程度小于铌终端表面的弛豫。表面能分析结果表明,终止于硼终端的(0001)表面结构在更宽的范围内具有较低的表面能,即硼终端的(0001)表面比铌终端的表面更稳定。进一步分析NbB2(0001)两种终端表面的电子结构表明:在金属铌和硼之间发生了电子转移,加强了化学键的相互作用,导致第一间层向内弛豫。对于铌终端的表面第一层铌转移到第二层的电子数比硼终端表面第二层铌转移到第一层的电子数多,这是导致铌终端表面弛豫程度大于硼终端表面的主要原因。     

Single-Crystal Synthesis and Structures of Rb-Boroleucite Rb(BSi2)O6 and Boropollucite Cs(BSi2)O6 at 293 and 120 K

Crystallography Reports - The structures of Rb-boroleucite Rb1.0(B0.333Si0.667)3O6 and boropollucite Cs0.87(B0.290Si0.710)3O6 were studied using single crystals, which were prepared under...     

Crystal structures of the new diphosphates,K2NiP2O7 and K6Sr2Ni5(P2O7)5

Crystalline K₂NiP₂O₇ (I): monoclinic, P2₁,a=9.230(2),b=17.540(8),c=8.319(9)Å, =91.44(2)°,Z=8,d _calc=3.067 g cm^–3, MoK =0.71069Å,R/R _w=6.5/9.4%, is characterized by the existence of face sharing NiO₆ octahedra with Ni–Ni separation of 2.827 Å (Ni–O; 1.93(2)–2.17(2)Å). K⁺ is seen in sites of seven, six, and fivefold coordination (K–O, averages; 2.83(2), 2.81(2), and 2.77(2)Å, respectively) P₂O₇ ^4– groups are observed in semieclipsed conformation. K₆Sr₂Ni₅(P₂O₇)₅ (II) crystallizes in monoclinic space group P2₁/c;a=11.038(7),b=9.533(13),c=7.438(2)Å, =100.13(4)°,D _calc=3.309 g cm^–3,Z=2,R/R _w=6.4/8.1%. Nickel atoms are distributed on planes parallel to the crystallographic (100) plane at =0 and =0.5. On the planes, =0, Ni²⁺ ions form successive linked trimers of edge sharing NiO₆ octahedra (Ni–Ni, 3.018(1), 3.008(1)Å; Ni–O, av 2.07(2)Å). The intermediate planes (=0.5) contain isolated and six coordinate Ni²⁺ ions (Ni–O av. 2.09(2)Å). Seven-coordinate potassium ions (K–O, av. 2.74(2)Å) are located on intermediate planes at =0.25 and 0.75. P₂O₇ ^4– groups are found in eclipsed conformation. Strontium atoms are located between nickel and potassium planes and are surrounded by seven oxygen atoms (Sr–O, av. 2.586(2)Å).     

钙钛矿型层状化合物K2Pr2Ti3O10的合成及XRD研究

在K2CO3-镧系元素氧化物(Pr2O3)-TiO2三元体系中,用固相反应法合成K2Pr2Ti3O10,利用X射线粉晶衍射仪对K2Pr2Ti3O10进行扫描测定,获得X射线衍射数据,进行指标化,得到其晶胞参数。XRD分析结果表明,K2Pr2Ti3O10为四方晶系,空间群I4/mmm。     

K2Al2B2O7晶体的热学性质研究

K2Al2B2O7(KABO)晶体是近年发现的一种有应用前景的深紫外非线性光学晶体,也是目前唯一一种可以生长出大尺寸单晶的BO3基团非线性光学晶体.KABO有可能用于固态激光器的266nm及193nm高功率输出.本文对该晶体的物理化学性质及热学性质进行了研究,KABO晶体不潮解,不溶于水、酒精等溶剂,可溶于盐酸,硝酸和磷酸等强酸;测得莫氏硬度为5.5～6.5,用浮力法测得其密度为2.47g/cm3;用差热分析(DTA)方法测量其熔点为1109.7℃.用热重分析(TGA)方法结合分解产物的粉末X射线衍射(XRD)分析,确定KABO在900℃以上开始分解,分解产物主要为KAl11O17和K2Al24O37;用热机械分析仪测量了其热膨胀系数,沿物理学轴X、Y、Z方向分别为8.4×10-6/K、7.7×10-6/K、1.65×10-5/K.在室温至300℃温度范围内测量了KABO晶体的比热变化,比热随温度的升高线性增大.在47.6℃和294.6℃时比热分别为1.0084J/g℃与1.39J/g℃.     

Elastic properties of the dithionates Na2S2O6 · 2 H2O,K2S2O6, Rb2S2O6, CaS2O6 · 4H2O and SrS2O6 · 4 H2O

Single crystals of the title compounds having optical quality and dimensions of several cm were grown from aqueous solutions. The elastic and thermoelastic constants were determined from ultrasonic resonance frequencies of thick plates. The true point symmetry of K₂S₂O₆ and Rb₂S₂O₆, which is screened by a hexagonal hypermorphy, could be clearly revealed to be trigonal (32) by the existence of the elastic constant c₁₄. In the case of CaS₂O₆ · 4H₂O and SrS₂O₆ · 4H₂O the constant c₁₄ of the specimens appeared too small to confirm the trigonal symmetry group required from electrooptic and non-linear optic effects unambiguously. The isotypy of K₂S₂O₂ and Rb₂S₂O₆ as well as that of CaS₂O₆ · 4H₂O and SrS₂O₆ · 4H₂O is confirmed by their elastic behaviour. The mean elastic stiffness of dithionates is closely related to that of the corresponding sulphates. In the vicinity of the second-order phase transition of K₂S₂O₆ near 235 K weak anomalies of the temperature derivatives of the longitudinal elastic stiffnesses are observed.     

CdTe(110)表面原子与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了CdTe(110)表面的原子和电子性质.结果表明,CdTe(110)理想表面在禁带中出现两个明显的表面态,弛豫后表层Cd原子和Te原子p态电子发生转移,Cd原子趋向于sp2平面杂化构型,Te原子趋向p3杂化的锥形构型.经过表面弛豫大大降低了表面能,增大了表面功函数,表面占据态和表面空态分别被推进价带顶之下和导带底之上,导致弛豫表面没有明显的表面态.