拉压变形对B(N)掺杂碳纳米管Al吸附性能的影响

为了研究(5,5)碳纳米管的B(N)环状掺杂效应,以及拉压变形对B(N)环状掺杂碳纳米管Al吸附性能的影响,采用基于密度泛函理论的平面波赝势和广义梯度近似方法,对B(N)环状掺杂碳纳米管Al吸附模型进行了几何优化,计算了B(N)环状掺杂碳纳米管的形成能,并确定了Al原子的最稳定吸附位置.结果表明,B(N)环状掺杂(5,5)碳纳米管的结构较为稳定.B(N)环状掺杂可以增加碳纳米管与Al之间的吸附能;一定范围内的拉伸和压缩变形则会降低碳纳米管与Al之间的大部分吸附能.     

碳纳米管超晶格结构的第一性原理

针对掺杂N、B、Si的碳纳米管超晶格的电子结构及拉伸性能,运用第一性原理进行了相关研究.结果表明,碳纳米管超晶格会形成类似管状结构.不同掺杂元素导致碳纳米管超晶格的结构稳定性有所不同.碳纳米管经掺杂后,能带中的能隙由半导体性转变为金属性,且费米能级处的态密度值增大,表明碳纳米管超晶格的物理化学活性增强,而结构稳定性降低.对于碳纳米管超晶格而言,结构稳定性从高至低依次为3×1碳氮、1×1碳硼和3×1碳硼纳米管超晶格.     

多壁碳纳米管的PEI修饰及NO吸附性能研究

采用CVD法以SBA-16为模板、以Fe为催化剂合成多壁碳纳米管,并对多壁碳纳米管进行羧基化,羧基化后的多壁碳纳米管分别与直链和支链结构的聚乙烯亚胺(PEI)作用.SEM、TEM及IR结果表明,羧基化后的多壁碳纳米管与PEI作用后,多壁碳纳米管表面具有酰氨基和吸附态的PEI.Ram an和XRD研究表明,PEI修饰后的多壁碳纳米管的结构并未改变.采用TG-MS对PEI修饰前后的碳纳米管进行的等温NO吸附-脱附实验表明,经支链PEI修饰的多壁碳纳米管,其NO选择性、吸附能力和吸附量较直链PEI修饰和纯化的多壁碳纳米管明显提高.     

化学链燃烧中Co掺杂改性Fe_2O_3(104)载氧体反应特性

基于密度泛函理论建立金属Co掺杂的铁基载氧体的微观模型,探究掺杂Co后模型表面的电子结构及反应特性的变化。首先,采用Material Studio软件中CASTEP模块构建并优化Fe_2O_3(104)的平板模型;其次,以Co原子分别替换模型表面不同配位数的Fe原子(Fe5f,Fe6f和Fe7f),构建Co在表面不同Fe原子位的掺杂模型(Co–Fe_2O_3(104));最后,计算纯净模型和掺杂模型的表面能、掺杂结合能、态密度以及掺杂位点原子的键长、键角和原子间距离等参数,考察CO在Fe_2O_3(104)和Co掺杂的Fe_2O_3(104)表面的等温吸附特性,并以CO分子为探针测试Co掺杂模型和纯净模型表面的氧化反应特性,获取反应路径、过渡态和反应活化能等信息。几何优化结果得到Co掺杂模型的稳定性顺序是:Co5f–Fe_2O_3(104) Co6f–Fe_2O_3(104) Co7f–Fe_2O_3(104),对应的结合能分别为–0.399 eV、–0.215 eV和0.487 eV,Co在Fe5f和Fe6f位的掺杂是放热过程,并且在Fe5f原子位的掺杂时放热较多,而在Fe7f原子的掺杂属于是吸热反应;Co掺杂改变了掺杂位点相邻O原子的平均键长LO-M(M代表Fe或Co),其中Co替换Fe7f后相邻O原子的LO-M增加了0.004 4 nm;掺杂Co后模型的总态密度(DOS)均向费米能级(0 eV)方向移动,在–8 eV～0 eV能量范围内离域性增强,而且Co5f–Fe_2O_3(104)模型体系靠近费米能级左边的填充态能量高于其他模型。等温吸附表明Co掺杂可以提高CO在模型表面的吸附量,并且存在吸附两种方式:–2.0 eV附近的峰为CO模型表面碱性位点的吸附峰,–0.75 eV附近的峰为CO在非碱性位点的吸附峰。CO在Co5f–Fe_2O_3(104)表面的吸附能(–0.851 eV)最大,而在Co7f–Fe_2O_3(104)表面的吸附需要外加能量(0.386 eV),CO在Co6f和Co7f掺杂位吸附的键长(LCO)比纯净模型表面的分别增加了0.000 4 nm和0.001 1 nm,表明Co掺杂表面对CO分子的活化作用较大;过渡态分析表明CO在Co掺杂表面氧化生成CO2的反应活化能均明显下降,其中CO在Co5f–Fe_2O_3(104)表面生成CO2的活化能最低,比在Fe_2O_3(104)表面的减少了0.518 eV,且相应的反应能增加了0.445 eV。研究表明,Co与Fe在其氧化物中成键结构不同,导致掺杂后模型表面的悬键增多,表面能增大,态密度向费米能级方向移动,提高了Fe_2O_3(104)表面活性,并且Co在低配位数Fe原子位的掺杂更有利于降低氧化CO的反应活化能。因此,通过掺杂金属Co提高铁基载氧体反应活性是可行的,其改性效果与掺杂活性成分的特性和掺杂方式有密切的关系。     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

Rh掺杂质单壁碳纳米管表面NO吸附反应的第一性原理研究

由于局部放电,SF6∕N2混合气体会发生分解.基于密度泛函理论研究SF6∕N2混合气体的一种分解产物NO对铑掺杂单壁碳纳米管表面的气敏特性.模拟和分析了NO气体靠近铑掺杂SWCNT(8,0)表面的吸附结构、吸附能量、电荷转移量、态密度等.结果表明,NO在Rh-SWCNT上的吸附过程是放热的.根据DOS分析,NO气体吸附在Rh-SWCNT表面后,NO与Rh-SWCNT的相互作用力变强,共价性增加.分析得出Rh-SWCNT材料可能适合作为检测SF6∕N2气体绝缘设备中NO的气体传感器.     

掺杂金属介孔分子筛MCM-48的合成及储氢研究

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,正硅酸四乙酯为硅源,在碱性条件下一步法水热晶化合成掺杂金属的介孔分子筛MCM-48。采用XRD、N2吸附脱附对产品进行结构表征,结果表明金属掺杂的介孔分子筛仍保持了三维立方介孔结构,但有序性略有降低,比表面积减小。对样品进行储氢性能研究发现,纯的MCM-48氢吸附量随温度的降低而增加,在0.2MPa、-25℃时氢吸附量达0.678 8%;金属掺杂介孔分子筛中,Ni、Fe、Pd有利于提高储氢量,Zr、Mg反而使氢吸附量减小,其中Ni-MCM-48在0.2MPa、-10℃时氢吸附量最高,达到0.772 0%。     

Pd掺杂AlN的铁磁性质的第一性原理研究(英文)

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似详细计算了Pd掺杂铅锌矿AlN的电磁性质,包括形成能、晶格常数、能带结构、态密度、铁磁与反铁磁态的能量差.结果表明Pd更易替代Al进入晶格位置,形成半金属铁磁体,其铁磁性主要来源于Pd4d态与N2p态之间强烈的p-d杂化.计算的超晶胞总磁矩为3.00#B,主要局域于PdN4四面体内.Pd掺杂AlN的基态是铁磁态,有望获得室温铁磁性.上述结果表明用Pd掺杂铅锌矿AlN来制造稀磁半导体是切实可行的.     

镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质

通过第一性原理计算研究了镧系元素掺杂ZnO的电子结构和光学性质.结果表明:单层ZnO中掺杂形成能低于体ZnO的形成能.较Zn原子而言,具有更大原子半径的镧系原子的引入使得掺杂后的ZnO的晶格常数变大.镧系元素的4f电子与O的2s和Zn的3p、4s轨道电子的杂化使非磁性的ZnO在掺入单个镧系原子后呈现出一定的铁磁性.镧系...     

硼氮掺杂对八氢萘纳米带能带结构的调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了硼原子和氮原子掺杂对八氢萘纳米带能带结构的调控作用。研究结果显示硼原子和氮原子掺杂可以有效地调控八氢萘纳米带的能带结构：单双硼氮原子掺杂可以实现对八氢萘纳米带能带的半导体化;掺杂原子的浓度对八氢萘纳米带能带结构也有影响,提高掺杂原子浓度可以获得与单原子掺杂完全不同的能带结构。     

原子簇NiFeB_2的结构及催化性能

利用DFT（密度泛函理论）方法,对原子簇NiFeB_2的10余种可能构型在单重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、成键、电荷分布情况及不同构型的催化性能。结果表明：原子簇NiFeB_2以B-B键较长的三角锥形1构型最稳定,是原子簇NiFeB_2最有可能存在的构型,B-B在Ni-Fe异侧的平面四边形2构型次之;Ni-B,Fe-B原子问有强烈的成键作用且Fe-B间作用力比Ni-B间作用力大;各构型中电子由B转向Ni,Fe;在形成原子簇NiFeB_2的过程中Fe,B原子的所有轨道均参与成键,Ni原子的4p,4s在其成键中起主要作用;除了B-B键较短的三角锥形3构型外的其它构型中Fe原子的催化活性高于Ni原子,B-B键较短的三角锥形3构型和直线型4构型可能具有较好的催化性能;在催化加氮和加氢上直线型4构型具有较好的催化活性。     

第一性原理研究Mn重掺杂对β-Ga2O3的电子结构和光学性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Mn重掺杂对β-Ga2O3物理性能的影响。建立了β-Ga2O3模型,用Mn原子部分替代Ga原子构建Ga2-xMnxO3的超胞模型,实现对β-Ga2O3的掺杂,分别对x等于0.0625、0.125和0.25的模型进行了几何结构优化,获得稳定的晶格结构和晶胞参数,并对它们的能带结构、态密度和光学性能等进行分析。计算结果表明：Mn掺杂后,禁带宽度减小,费米能级上移进入导带,增大了载流子浓度,提高了体系的电导率;介电函数的虚部有明显的变化;β-Ga2O3在400-700nm的范围内,吸收系数和反射率均有不同程度的降低,与未掺杂的β-Ga2O3相比,能量损失谱的峰值发生了红移。     

Fe@Au8团簇的几何结构和电子特性

利用密度泛函PW91方法研究了Fe@Au8团簇的平衡结构和电子性能,获得了多个异构体及电子态.结果显示Fe原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,相似异构体的能量随着Fe原子配位数减少而增加.电子性能分析表明基态结构具有较高的稳定性,类似最稳定Au9团簇的I2异构体有相对大的HOMO-LUMO能级间隙.     

脉冲负偏压对TiN-Cu复合膜结构与性能的影响

为了研究薄膜的生长过程对薄膜结构和性能的影响并促进该类薄膜的商业应用,利用电弧离子镀在不同脉冲负偏压下沉积了TiN-Cu复合膜,并对其表面形貌、晶体结构、能谱、硬度、结合强度和耐磨性进行研究.结果表明,在50~300 V范围内,随脉冲负偏压值增加,沉积薄膜中Cu原子分数逐渐减少;薄膜中最大的Cu原子分数低于Cu-Ti合金靶中Cu原子分数.沉积膜中TiN相存在明显的(111)晶面织构,并且脉冲负偏压值增大,薄膜的织构程度增加.脉冲负偏压值增加,沉积的TiN-Cu复合膜的硬度和耐磨性降低,但结合强度增加.沉积膜结构与性能的变化与脉冲偏压引起薄膜中Cu原子分数的变化有一定关系.     

聚并苯,聚并吡啶和多聚氰的结构及电子性质的研究

采用ＭＮＤＯ、一维紧束缚ＣＮＤＯ／２－ＣＯ方法研究聚并苯（ＰＡＳ）、聚并吡啶（ＰＰｙＰｙ）及多聚氰（ＰＣ）的分子结构,揭示结构稳定性和电荷分布的变化规律。能带结构分析指出：Ｎ原子的引入改变分子结构,增加亲电和亲核掺杂反应的活性点,但本征电导率并没有增加。     

浸渍铁铬对灵石焦煤在热解过程中逸出气体的影响

利用GC-FPD和TPD-MS考察了浸渍Fe3+和Cr3+对灵石煤热解过程中气体产物逸出的影响.结果表明:Fe3+和Cr3+破坏了煤中的氢键并与煤表面官能团形成活性络合物,使煤样的挥发分增加、固定碳等减少;由于Fe3+的氧化作用,载铁煤中的黄铁矿硫明显减少.低于300℃时,Fe3+和Cr3+促进煤中有机硫分解,增加了H2S和SO2的生成量;300～700℃时,由于Fe3+和Cr3+的固硫反应,转移到气相中的硫急剧减少;700℃时置换为氮气和氢气混合气后,在高温还原性气氛下,Fe和Cr的固硫产物和稳定的有机硫加氢脱硫产生大量的H2S.由于Fe3+和Cr3+促进了煤的热解和初级焦油裂解,CO2,CO,H2O,CH4的生成量增加;金属离子对芳香结构缩聚反应的促进作用增加了H2的生成量,Cr3+对灵石焦煤热解过程中逸出气体的影响强于Fe3+.     

Fe@Au8团簇的几何结构和电子特性

利用密度泛函PW91方法研究了Fe@Au8团簇的平衡结构和电子性能,获得了多个异构体及电子态。结果显示Fe原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,相似异构体的能量随着Fe原子配位数减少而增加。电子性能分析表明基态结构具有较高的稳定性,类似最稳定Au9团簇的12异构体有相对大的HOMO—LUMO能级间隙。     

模拟N沉降对杉木人工林枯落物养分的影响

通过野外模拟实验,研究了8年后N沉降(4种处理分别为N0(0)、N1(60)、N2(120)和N3(240 kg·hm-2·a-1)对杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林枯落物养分的影响.结果表明,未分解叶中,N沉降增加了N、Zn、Fe、Mn的含量;低N处理促进了Ca和Mg的含量,而中高N抑制了Ca和Mg的含量.未分解层枝中,N沉降增加了N和Mn的含量,降低了K、Ca、Mg、Zn的含量.N1、N2和N3处理提高了枯落物未分解层叶中养分元素的现存量;随N沉降量增加,未分解枝中N、P、Fe和Mn的贮量,K、Ca、Mg和Zn呈现先增加后减少的趋势;在半分解层,Fe元素贮量随N沉降量的增加而逐渐递增.     

表面反应的位能面研究

本文采用改进的 LEPS 势,通过求解广义本征方程计算了 H_2+N-W(001)表面反应的位能面,在 N 原子吸附于 W(001)表面上的情况下,H_2分子以垂直和平行于表面的方式接近于表面,通过位能面计算,了解表面吸附原子与气相双原子分子的反应途径及机理,并讨论其可行性和合理性.