锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究

近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.     

MoO2储锂性能及循环容量反常特性的第一性原理研究

基于第一性原理,对MoO2作为电极材料的储锂性能进行了计算,并探讨了其储锂容量在一定循环次数内呈上升的反常现象微观机理.计算了MoO2材料中Li的单键能,态密度(DOS)及其嵌锂电压,结果表明MoO2中Li的吸附能较大,储锂结构稳定.嵌锂结构呈金属性,嵌锂电压变化规律与文献实验结果一致.针对循环容量反常特性,计算了Mo的空位形成能,LiMoO2的差分电荷密度以及电荷布居情况,计算结果表明Li的嵌入能为O提供电荷,减弱了Mo—O键间的相互作用,另一方面嵌入的Li能减弱Mo空位形成后的电荷极化作用,从而大大降低Mo空位的形成能.形成的Mo空位能为Li的嵌入提供了新的吸附位点,提高了嵌锂的容量.计算结果与实验符合得很好,能为电极材料储锂性能的改善提供一定的理论指导.     

复微分方程组的代数解

本文研究了一类复微分方程组的代数解的存在问题.利用最大模原理和Nevanlinna值分布理论,得到了一个结论,推广和改进了一些文献的结果,例子表明结论精确.     

紫色石蕊溶液配制方法的探究

石蕊溶液在碱性溶液中变色不明显,这个问题虽小,但它一直困扰着我们的实验教学活动。利用手机软件颜色识别器、数字传感器等几种软硬件技术手段,对石蕊试剂的选择、配制方法的优化、溶液pH的调节等方面进行探究,试图配制出在酸碱性溶液中显色明显的石蕊溶液。     

基于思维模型建构的高三化学复习教学*—— 以“平衡原理的应用”为例

以高三复习课“平衡原理的应用”为例,通过真实情境的剖析让学生感知模型,引导学生分析归纳提炼模型,并进行针对练习运用模型,变式训练体会模型,让学生在实践中以模型思维为突破,深入领悟建构模型的实质,有序解决复杂化学问题,提升科学思维能力,发展化学学科核心素养。     

基于创新能力培养的化学专业本科实验教学新体系的构建与实践

课程体系是人才培养的载体。为了更好地培养拔尖创新人才,南京大学化学国家级实验教学示范中心依据化学学科的特点和发展趋势,以科学内容的内在联系和研究规律为主线构建了“化学实验基础?化学合成与表征+化学原理与测量?化学功能分子实验+化学生物学综合实验+基于项目的研究实验”实验课程新体系,按照一流课程建设要求(高阶性、创新性和挑战度)对实验教学内容进行了优化,并建立起与之相适应的实验教学平台。新课程体系综合考虑了化学一级学科的整体性和关联学科的交叉性,在南京大学化学化工学院“拔尖计划”和“强基计划”学生中实施,教学效果显著。     

中学化学教学中的证据推理*

1没有证据的推理通过推理可以得出重要的结论,但是没有证据的推理往往是一种猜测,可能是臆造事实上不成立的问题;即使猜测的是事实,没有证据也不具有说服力。所以,中学化学中没有证据的推理学生难以理解,难以接受,甚至苍白无力。2没有推理的证据没有推理的证据是不借助理论思维、没有逻辑推理的事实或材料,是一些孤立的事实或材料,把握不了证据和结论之间的关系。在中学化学教学中缺少原理推导,使得化学知识之间难以组织,感觉是化学知识点较为零散,学习化学需要死记硬背。     

V掺杂ZnO透明导电薄膜研究

本文分别采用磁控溅射技术与基于密度泛函理论的平面波赝势方法两种方式, 对高价态差元素V掺杂ZnO薄膜进行研究. 实验研究结果表明: V的掺入并未改变ZnO的生长方式, 所制备的薄膜都呈(002)择优生长; 随着衬底温度增加, VZO薄膜的结晶质量逐步改善, 当衬底温度超过280 ℃时薄膜的结晶质量恶化; 在280 ℃时获得的VZO薄膜电阻率最低3.8×10^-3 Ω·m, 500-2000 nm平均透过率高于85%. 理论模拟结果表明: V以替位形式掺入ZnO六角纤锌矿晶格结构中, 费米能级进入导带, 材料表现出n 型半导体的特性, 导电电子主要由V 3d及O 2p电子轨道提供. 理论计算结果与实验结果的一致性, 表明VZO薄膜具有作为高效Si基薄膜太阳电池透明导电薄膜的应用潜力.     

基于氮杂Mn咔咯二维纳米材料的单原子Mn中心催化氧化烷烃制醇

咔咯是由四个吡咯共轭相连而形成的具有芳香性的新型卟啉类大环化合物,但咔咯分子中存在一个直接连结两个吡咯环的C?C键,与卟啉相比,仅仅是少了一个“meso”位置的C原子.因此,在结构上,咔咯含有三个“吡咯型”氮原子和一个“吡啶型”氮原子,当咔咯失去三个内氢原子后变成了三价阴离子,易与金属形成高价态的稳定配合物.氮杂咔咯是一种咔咯的meso位上的C被取代为N的咔咯衍生物.与正常的咔咯相比,它更易于与过渡金属形成稳定配合物.正是由于这些独特的结构特点,使其在金属催化、染料敏化太阳能电池、光敏剂、金属传感器、甚至在医学上都有很好的应用前景.金属有机大环均相催化剂的非均相化,是改进反应产物分离和实现催化剂循环使用的最简单有效方法之一.环境友好的Mn氮杂咔咯催化剂,在温和条件下可以利用氧气直接将有机底物氧化.本文选用Mn氮杂咔咯催化剂作为基本构建单元,通过理论计算,构建了一种新型的具有高催化活性的含Mn氮杂咔咯环结构单元的二维纳米催化材料.我们分别使用高斯软件(Gaussian 09)和维也纳从头算模拟软件包(VASP)对孤立分子和周期性体系进行结构优化以及性质的计算.在这种二维材料中,每一个Mn原子作为相对独立的金属单原子中心(SAC),保留了单环中Mn金属中心的高催化活性.在温和的光照条件下,Mn金属中心可以直接活化氧气生成类自由基[Mn]-O-O中心,随后[Mn]-O-O中心可以有效地通过夺取有机底物中的H和紧接着新生自由基的偶合反应,选择性氧化C?H键为C?OH键.另外,通过沿[Mn]-O-O反应轴施加不同强度的外电场,可对此二维纳米材料的催化反应活性进行精细调控.本文为实验上制备基于Mn氮杂咔咯的非均相催化剂以及单原子Mn基催化剂提供了理论依据.