Ti掺杂LiNiO2第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理超软贋势平面波法,对Ti掺杂LiNiO₂的几何结构进行优化,计算其晶体结构、原子布局、态密度、能带结构及电子结构.结果表明: Ti掺杂LiNiO₂,降低系统能量,结构更加稳定,并且使得晶胞参数c及c/a比值增大,层间距增大,有利于Li+脱嵌和迁移,从而改善其电化学性能;同时, 掺杂Ti影响周边O和Ni电子排布,使得周边O-Ni键增长, 减弱O与Ni之间的相互作用,O-Ti与O-Ni键长相近,抑制因Jahn-Teller效应导致的八面体扭曲,增强结构稳定性,改善循环性能;Ti掺杂还使得禁带宽度、能隙及电子跃迁所需能量均减小,且此时Li在材料中以离子形态存在,有利于脱嵌和扩散,增强导电性.      

La掺杂CeO_2电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论(DFT),采用"总体能量平面波"超软赝势方法,对不同La掺杂浓度的CeO_2晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了La掺杂CeO_2晶体结构参数及性质,为CeO_2材料的掺杂改性研究提供了理论依据.计算了La掺杂情况下 CeO_2晶体的总体能量、能带结构、总体态密度.分析了La掺杂对CeO_2晶体电子结构的影响.     

Ce和S共掺杂SnO2材料导电性能的第一性原理研究

本文利用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了Ce和不同浓度S元素共掺杂后SnO₂的电子结构,定性分析了各掺杂模型的晶体结构、能带结构、态密度和电荷布局,定量计算了相对电导率。分析结果表明：随着S原子掺杂浓度的增大,掺杂体系的形成能不断增大,稳定性也随之降低;与Ce单掺相比,共掺后能带整体向费米能级方向移动,能带曲线更紧密,禁带宽度进一步减小,载流子跃迁所需的能量进一步降低;共掺后费米能级附近的态密度有所增大,这是因为S原子轨道和Sn和Ce原子轨道发生杂化,电子转移加剧,价带顶部被S-3p轨道占据,提供了更多载流子;同时共掺使材料的电荷密度分布改变,共价性减弱,离子性增强;共掺后,自由电子浓度明显增大,电子迁移率明显提高,电导率也明显优于单掺体系;与Ce-2S掺杂结构相比,Ce-S掺杂结构的自由电子迁移率更高,电导率也更高,说明Ce-S共掺结构的导电性能更佳。     

金属离子掺杂对离子液辅助制备纳米TiO_2性能的影响

以过渡金属(Cr、Fe、Ni和Zn)掺杂为手段,以溶胶凝胶为制备方法,以离子液2—羟基咪唑甲酸盐为微观结构调控试剂,制备了TiO_2纳米粒子。将样品备好后,在500℃的条件下进行煅烧处理,用BET、XRD、DRS等手段进行结构表征,以酸性蓝92为模拟污染物对其光催化性能进行测定。研究结果表明,经过渡金属掺杂后的TiO_2纳米颗粒比纯TiO_2具有更高的比表面积和更小的粒径尺寸。过渡金属的掺杂使TiO_2的吸收光谱向可见光的方向移动。在紫外灯照射下,水溶液中酸性蓝92的光降解结果为:过渡金属离子的存在使TiO_2纳米颗粒的光催化活性得到了明显增强。     

Sm2O3对Ba0.5Sr0.5Co0.75Fe0.25O3-δ体系电子结构及氧空位影响的理论研究

采用第一性原理对掺杂Sm2O3的Ba0.5Sr0.5Co0.75Fe0.25O3-δ体系的电子结构和空位形成能进行了研究。研究结果表明,Co和Sm的态密度在费米能级附近有较大的态,而Fe则很小,这使得Co和Sm离子易于变价,而Fe离子的化合价则基本保持不变。空位形成能随空位数的增多而增大,Sm的掺杂有利于氧空位的形成,且CoVFe比CoVCo型氧空位形成能稍大,这些源于体系的电子结构和局域几何结构。     

锂离子电池正极材料LixNi0.5Mn0.5O2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超软贋势平面波法,对LixNi0.5Mn0.5O2的几何结构进行优化,并计算相应的电子结构和平均嵌锂电压.结果表明：x=1时,费米能级上分布着Ni、Mn d轨道电子和部分O2p轨道电子,层状LiNi0.5Mn0.5O2是电子的良导体;O2p轨道与Ni、Mn形成较强的共价键, Ni-O与Mn-O具有相近的键长,抑制了LiNiO2与m-LiMnO2中的因Jahn-Teller效应导致的八面体扭曲,且Mn-O键长在充放电过程中保持不变,材料具有稳定的结构;Li在晶胞中以主要离子态的形式存在,有利于脱嵌与传输.随着锂离子的脱出,材料的带隙增加,导电性能变差.     

过渡金属(W、Mo、Nb、Fe、Ni)掺杂Cr_2N的结构稳定性及电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对未掺杂Cr_2N及掺杂过渡金属W、Mo、Nb、Fe、Ni于Cr_2N超晶胞形成的Cr_(23)MN_(12)(M=W,Mo,Nb,Fe,Ni)的结构稳定性及电子特性进行研究。从形成热和结合能来看,W、Mo、Nb、Fe和Ni替换Cr掺杂到Cr_2N超晶胞中均可形成稳定结构Cr_(23)MN_(12)(M=W,Mo,Nb,Fe,Ni)复合氮化物。在所有掺杂元素中,Nb最容易掺杂于Cr_2N中形成Cr_(23)NbN_(12)复合氮化物,而W、Mo掺杂后形成的Cr_(23)WN_(12)、Cr_(23)MoN_(12)具有更高的稳定性,这是W-5d、Mo-4d和N-2p轨道耦合产生的影响。Fe、Ni掺杂后形成的Cr_(23)FeN_(12)和Cr_(23)NiN_(12)复合氮化物稳定性降低,主要是由于N原子中电荷转移给了Fe、Ni,而使得Cr_(23)FeN_(12)和Cr_(23)NiN_(12)复合氮化物电化学活性增强。     

La高掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂和La高掺杂锐钛矿型TiO2超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、分波态密度分布、能带分布、Mullkien电荷数、差分电荷密度和吸收光谱计算。结果表明,在本研究限定的浓度范围内,La掺杂浓度越低锐钛矿型TiO2越稳定;La掺杂后锐钛矿型TiO2的离子键进一步增强,且最小禁带宽度变窄,吸收光谱发生红移现象;当La掺杂质量分数分别为10.14%,19.01%时,最小带隙均约为1.84 eV,高能区吸收光谱几乎相同。     

ZnS掺杂Fe2+电子结构第一性原理计算及对矿物浸出的影响

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了闪锌矿结构在纯净ZnS和掺杂Fe2+后ZnS的晶体结构和电子结构,分析了掺杂Fe2+对ZnS晶体的能带结构、电子态密度的影响,并进行布局分析。计算分析结果表明:掺杂体系费米能级附近的电子态密度主要来源于Fe 3d态电子的贡献;S原子上失电子作用增强,结果是加快Zn-S键解体。在酸性体系中,ZnS通过化学和电化学2种方法溶解,在杂质铁含量较低时主要是以化学方式为主,随着杂质铁含量提高（铁含量 < 20%）,电化学溶解作用增强,2种方式共同促进硫化锌矿物的溶解,提高锌的浸出效率。      

重金属离子掺杂TiO2光催化粉体的制备与研究

采用溶胶—凝胶法,以钛酸丁酯(C1_6H_(36)O_4Ti_4)为钛源,无水乙醇(C_2H_6O)为有机溶剂,制备了TiO_2粉体,随后进行重金属Cu和Ag掺杂研究。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等对产物进行了表征,分析了离子的不同掺杂量对TiO_2粉体晶型的影响。研究在紫外光(365 nm)照射下用合成的Cu/TiO_2和Ag/TiO_2催化降解亚甲基蓝的效果,分析了离子掺杂浓度对TiO_2粉体光催化性能的影响。     

镍掺杂TiO2纳米管的制备及光催化性能研究

通过前驱体水热法成功制备出不同镍掺杂比例的二氧化钛纳米管粉体,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等对其进行检测表征。制备出的镍掺杂二氧化钛纳米管具备相对分离和独立的管状形貌,管径约10 nm,其对应的EDS谱图中出现了镍的特征峰。经500℃热处理后样品呈锐钛矿和晶红石的混晶结构。XPS检测表明掺杂样品中镍主要以Ni²⁺形式存在。样品的紫外可见吸收光谱表明镍掺杂样品的光吸收发生红移且镍掺杂明显提升了样品的光吸收能力。光催化测试表明适宜的镍掺杂能够有效降低二氧化钛光生电子和空穴的复合率,从而提升了纳米管样品对亚甲基蓝的降解率。其中2%镍掺杂纳米管对亚甲基蓝显示出最高的2 h降解率,达到95.7%,而过量的镍掺杂则会对其催化性能产生抑制作用。     

Structural and Optical Properties Correlation of Nickel Doped Magnesium–Titanium Alloys with Sorption Kinetics Reaction for Hydrogen Storage Application

In this work, synthesis of Ni doped Mg–Ti nanostructured alloys were made using mechanical alloying method. The structural and optical properties of Mg–Ti alloys were studied by X-Ray diffraction (XRD), UV–Vis spectroscopy and Density Functional theoritical (DFT) studies. The electrochemical performance of Mg–Ti alloys was studied by cyclic voltammetry and impedance studies. The XRD pattern of 20 h milled powders revealed the formation of Mg(Ti) solid solution, Mg₂Ni and TiNi compounds. DFT studies confirmed the strong modification of the valence band structure of the Ni doped Mg–Ti alloys which could significantly hasten the hydrogenation and dehydrogenation properties. UV–Vis spectrum revealed increase in band gap energy due to blue shift and hyperchromic shift in both absorption and transmission peaks. Obviously, electrochemical studies revealed high exchange current density and Warburg impedance, as well as decrease in diffusion coefficient and charge transfer resistance. Ultimately, it showed the result of high catalytic activity and faster kinetic reaction rates for the good reversibility of hydrogen ions.     

掺杂对氢化燃烧合成镁基储氢合金性能的影响

借助XRD、SEM和自制放氢量的测试装置研究了掺杂对氢化燃烧合成镁镍储氢合金性能的影响。结果表明：三种掺杂中以掺富铈镧系金属产生的镁镍氢化物最多,掺铜产生镁镍氢化物的晶格畸变最为明显。晶胞分析显示Mg_2NiH_4的晶胞参数都有一定的变化。300℃、0．1 MPa下放氢速率的测量显示,掺杂降低了放氢温度,放氢速率一般为6～10 min。掺铜放氢量为2．68％,掺钛放氢量为2．35％,掺富铈镧系金属放氢量为3．10％,掺钛、掺富铈镧系金属活化可适当提高吸放氢量。     

稀土掺杂纳米二氧化钛接枝聚硅氧烷电流变液的制备与性能研究

采用水热合成法制备稀土掺杂金红石型纳米二氧化钛,并通过XRD,TEM等对其进行了表征。结果表明,稀土离子的掺杂使得二氧化钛(110)晶面衍射峰位置发生了漂移,并且出现了不同程度的宽化,但并没有改变纳米TiO2的晶型,也没有出现稀土氧化物的特征衍射峰。稀土掺杂后的二氧化钛形貌为棒状,长径比约为110 nm∶20 nm。利用硅烷偶联剂KH-570对稀土掺杂纳米TiO2表面修饰,与乙烯硅油发生接枝反应制备新型电流变液,并通过旋转流变仪测试了该电流变液的稳态电流变性能。通过红外吸收光谱发现,乙烯基硅油与KH-570-TiO2发生了一定程度的接枝共聚反应。由于无机纳米粒子与聚硅氧烷连续相形成化学键体系,电流变液的抗沉降稳定性得到了很大的提高;稀土离子的掺杂增大了体系的极性,随着电场强度的增大,电流变液的线性平台区也随之变长,表现出典型的类固态响应行为,其中以Sm3+的掺杂效果最为显著。     

Growth and Characteristics of Tunable Laser Crystals β-Ga2O3∶Cr

β-Ga2O3∶Cr single crystals have potential applications for tunable laser. In β-Ga2O3 crystal structure Cr3 ions are in octahedron other than tetrahedron. So the Cr3 ions are influenced by low field of β-Ga2O3 that results the 4T2 to 4A2 transition and show broad emission around 690 nm. β-Ga2O3 single crystals doped with different Cr3 concentrations were grown by floating zone technique. Their absorption spectra and fluorescence spectra were measured at room temperature. The values of field splitting parameter Dq and Racah parameter B were calculated based on the absorption spectra.     

Mn、Cu掺杂Ce-Zr固溶体电子结构的理论研究

根据密度泛函理论（DFT）．采用“总体能量平面波”超软赝势方法，对Mn、Cu掺杂Ce—Zr固溶体进行了儿何优化。从理论上给出了上述元素掺杂Ce—Zr固溶体的晶体结构参数及性质，同时计算了掺杂情况下Ce—Zr固溶体的能带结构、态密度和电子密度分布。分析了Mn、Cu掺杂Ce—Zr固溶体对其电子结构和催化性能的影响。     

固相烧结辅助高温球磨合成LiNi_xMn_(2-x)O_4

以氢氧化锂、硝酸镍、二氧化锰为原料,用固相烧结辅助高温球磨方法,合成了具有Ni掺杂的LiMn_2O_4正极材料。研究了Ni在不同掺杂量时对材料的相结构、形貌和充放电性能的影响,并与未掺杂Ni的LiMn_2O_4进行对比。结果表明,掺Ni后材料的放电比容量随着掺杂量的增大逐渐减小,而材料的容量保持率相比未掺杂时略有提高;当掺杂量x=0.05时,所得产物的充放电性能最佳,首次放电容量达到122.9mAh/g,充放电容量保持率在40次循环后为97.48%。