Pyrite-结构TiO2弹性性质的第一性原理研究

利用第一性原理对黄铁矿结构Ti O2的晶体结构进行几何优化,得到与实验值相符的晶格参数。同时计算了在零温下压强为0~150 GPa时Pyrite-结构Ti O2的弹性系数、体弹性模量、杨氏模量,剪切模量和泊松比。计算结果表明:在0~150 GPa,立方相黄铁矿结构Ti O2稳定存在;Pyrite-结构Ti O2是一种具有良好延展性的超硬材料。     

甲烷水合物的热力学性质

利用密度泛函理论对甲烷水合物的两种构型(51262和512)进行了热力学性质的理论研究。在B3LYP/6-31G**的水平下对甲烷水合物进行全优化、热力学性质的计算以及势能曲线的扫描。通过计算得知,笼内有一个甲烷分子的构型可以在自然界中稳定存在。热力学性质分析表明,51262笼中有一个甲烷分子比512笼中有一个甲烷分子更稳定,甲烷水合物的最佳保存热力学条件为190K、200 MPa。频率分析得知,在51262笼中,甲烷分子碳氢键的伸缩振动强度比在512笼中弱,这与键长的趋势相一致。通过扫描势能曲线发现,甲烷分子在512笼中的行为是受限的,这与甲烷分子碳氢键的伸缩振动频率相一致。     

金属Al电子结构与热力学性质的第一性原理计算

针对金属Al的电子结构与热力学性质,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了金属Al的平衡晶格常数、相关弹性系数、电子能带、态密度、声子谱、声子态密度以及相关热力学参数,并对计算结果进行了理论分析.结果表明,金属Al具有明显的导电特性与良好的塑性.金属Al具有3条声学支波色散曲线与一个声子态密度峰.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.热容量随着温度的增加而迅速增加,当温度达到500 K后,热容量几乎不变,所得结论与物理规律相符合.     

Mn掺杂c-ZrO2电子和光学性质的第一性原理研究

基于DFT+U第一性原理计算,预测了过渡金属锰（Mn）掺杂立方氧化锆（c-ZrO₂）体系的电子和光学性质。当c-ZrO₂中的Zr原子被Mn原子取代后,体系的电子态密度图表明体系的带隙减小,同时价带顶的电子密度明显增加使得价带展宽约5%。在自旋向上通道中,费米面附近的电子密度源于Mn 3d电子与O 2p电子的强烈混合,使得掺杂体系具有半金属铁磁性能,这也可能是引起体系带隙减小的原因。本研究还表明,通过Mn掺杂,体系折射率明显增加,在约为2.8 eV 低能区域形成新的坡度陡峭的光吸收峰,这一发现使Mn掺杂c-ZrO₂用作光吸收材料成为可能。通过Zener双交换机制解释了体系的铁磁性能,该理论也曾用于解释其他化合物;同时也探讨了体系的电子结构和光学性质之间的联系。     

团簇NiCo2S4极性及成键性质

依据密度泛函理论(DFT)在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇NiCo₂S₄进行优化计算,确定11种优化构型,分析其极性和成键性质,结果表明：构型1⁽(3))极性最大,构型4⁽(3))极性最小。键长分析中,Ni-Co和Co-Co键存在拮抗作用,Ni-S、Co-S和S-S键存在协同作用,同种金属原子成键效果最佳,同种非金属原子最差。键级分析中,构型4⁽(1))和构型6⁽(1))的各键键级全为正值,成键强度强。态密度图分析得到主要存在的化学键杂化方式：三重态构型中,NI-Co键和Co-Co键存在d-d杂化、p-p杂化,NI-S键和Co-S键存在p-d杂化,S-S键存在p-p杂化;单重态构型中,NI-Co键、NI-S键、Co-S键、Co-Co键和S-S键存在d-d杂化,且NI-Co键和Co-Co键还存在p-p杂化。     

V掺杂ZnO性质的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,V的掺杂导致ZnO晶格发生了微小膨胀,禁带宽度变窄,体系引入的杂质能级靠近导带底,费米能级进入了导带并且穿插在杂质能级中,自旋态密度分布具有不对称性,自旋向上的电子数比自旋向下的电子数多,对态密度进行积分后发现V掺杂ZnO体系表现出净磁矩,具有磁性.当V掺杂后,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布大部分重合,形成了pd杂化.     

Bi掺杂BaSnO3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,对Bi掺杂钙钛矿BaSnO3电子结构进行了第一性原理的研究．研究结果表明：BaSnO3是一种间接带隙材料,带隙值为0．33eV,掺杂前其光吸收和催化能力都很弱,但掺杂后的Ba1-xBixSnO3是一种直接带隙材料;随着掺杂量的增加,其带隙值和晶格常数都减小;费米面都向高能移动,使得介电函数的虚部的峰值大幅度提高,介电损失减小．掺杂提高了Ba1-xBiSnO3的光吸收和催化能力,表明Ba1-xBiSnO3是一种有前景的光学材料．     

胺基化合物的结构和光学性质

胺基化合物DM2PCZ和我们设计的DM2PDM分子在蓝光电致发光材料上有较大的应用前景．采用密度泛函理论（DFT）B3PW91方法,对两种结构不同的化合物进行了基态和激发态几何优化．计算了DM2PDM分子的电离能和电子亲和势,评估了它的空穴传输能力,同时,还应用TDDFT方法对两种化合物的吸收光谱和荧光光谱进行的模拟计...     

丙醇质谱的abinitio计算

对丙醇质谱实验结果再次进行研究并根据量子化学计算结果进行解释 ,以 MP2 /6-3 1 G* * //UHF/6-3 1 G* * ZPE基组对丙醇质谱涉及到的离子构型进行分子轨道计算 ,讨论在质谱分析条件下 ,丙醇分子离子及其碎片发生单分子反应 :失氢、重排、异构化、裂分反应 ,指出质谱碎片离子及碎片离子结构 ,解释在质谱图中没有分子离子的原因 .C3 H7O 离子异构化可以形成多种离子 ,包括多种乙烯分子和质子化甲醛离子的配合物 .指出在理论上可以存在 ,而在质谱分析条件下不可能生成的异构体构型 .多个异构反应实质是配位体中 [CH2 OH] 和 C2 H4的位置重排 .从量子化学计算得到的结论与实验事实符合     

钛氢合金改进嵌入原子势能的第一原理计算

用第一原理方法计算了钛氢合金的弹性常数、形成热和电子密度因子,在此基础上计算了钛氢合金的体积模量、统一方程中的结构因子、黏附能和平衡距离等改进嵌入原子势能参数.计算结果符合现有的试验值和其他作者的计算值.并进行了相应的分子动力学计算用以验证所得的参数.模拟了氢原子占据∑7（123-0）晶界附近的八面体间隙中心位置的力学行为.对钛氢合金势能中的其他参数也用相同的分子动力学模拟进行了验证.     

一种基于 MXene 的Fe2O3/Nb2O5/Nb4C3Tx 高灵敏丙酮传感器

MXene 具有较大比表面积和优异的导电性, 当与金属氧化物半导体结合时可以抑制片层团聚, 还可以大大提高载流子转移速率, 提高气敏性能。通过简单的水热和煅烧两步法成功合成了Fe₂O₃/Nb₂O₅/Nb₄C₃T_x 三元复合材料。通过表征, Fe₂O₃ 微米球分布在 MXene 纳米片层之间。气敏测试结果表明, 与原始Fe₂O₃相 比, Fe₂O₃/Nb₂O₅/Nb₄C₃T_x 传感器对丙酮的响应能力有明显的提高。传感器灵敏度高, 选择性较好, 对环境中 浓度为 5 ×10^?6 的丙酮响应高 (R_a /R_g = 7.81, 30% RH), 响应和恢复速度快, 具有出色的重复性和长期稳定性。Fe₂O₃/Nb₂O₅/Nb₄C₃T_x 传感器具有良好的气敏性能, 主要因为三元复合材料提供了较大比表面积和丰富的氧空位, 增强了活性位点, 使得气体易于在传感器表面扩散, 为开发丙酮敏感复合材料提供了参考。     

Preparation, characterization and photocatalytic behavior of WO3-TiO2/Nb2O5 catalysts

TiO2/Nb2O5 photocatalyst loaded with WO3 (WO3-TiO2/Nb2O5) was prepared by a modified hydrolysis process, and characterized by X-ray diffractometry, transmission electron microscopy, Raman spectra and UV-Vis diffuse refraction spectroscopy. The photocatalytic activity of WO3-TiO2/Nb2O5 was investigated by employing splitting of water for O2 evolution. The results indicate that WO3 loading can pronouncedly improve the photocatalytic activity of TiO2/Nb2O5 by using Fe3 as an electron acceptor under UV irradiation. The optimum molar fraction of the loaded WO3 is 2%, and the largest speed of O2 evolution for 2% WO3-TiO2/Nb2O5 catalyst is 151.8 μmol/(L·h).     

氧化铌掺杂PbO2电极的制备及降解分散蓝B

采用电沉积法制备氧化铌掺杂的钛基PbO2电极,通过X射线衍射、扫描电镜和电化学工作站进行表征.结果表明,掺杂氧化铌改变了沉积PbO2的晶型分布,电极表面出现α-PbO2晶型,提高了镀层与基体的结合度及电子传递效率;同时晶体尺寸略有增大,排列规整均匀.氧化铌最佳掺杂质量浓度为3.5 g/L,改性电极的析氧电位上升到1.523 V,阶跃氧化电流达到0.155 9 A,强化寿命延长到702 min,电催化性能和稳定性均有明显提升.利用所制备改性电极降解分散蓝B的最佳降解条件:溶液pH值为2,电解质NaC1浓度为0.7 mol/L,电流密度为40 mA/cm2,1h后脱色率可达89％,脱色动力学可用拟2级反应描述.     

苯及其衍生物的从头计算研究

采用HF/6-3-311G对苯及其衍生物进行结构优化,并对其电荷布居、振动光谱等进行了探讨,试图找出它们的规律性,为实验研究提供有意义的指导.     

Study on solubility of Nb2O5 in KOH solution and alkali leaching of niobite

Solubility of Nb₂O₅ and leaching behaviors of Nb and Ta from niobite in KOH solution have been investigated in order to develop an alkali hydrothermal leaching process of Nb and Ta. The solubility of Nb₂O₅ was measured in the range of 40 °C to 200 °C at various molar ratios of K₂O to Nb₂O₅(n(K₂O)/n(Nb₂O₅)). It has been found that Nb₂O₅ shows the maximum solubility at the solution composition of n(K₂O)/n(Nb₂O₅)=4/3 at a given temperature; the rise of temperature increases the solubility of Nb₂O₅ below 120 °C, but decreases it above 120 °C. The leaching behaviors of Nb and Ta were studied in the range of 150 °C to 250 °C and 0.1 MPa to 5 MPa. With the rise of temperature, the leaching degree increases when the leaching temperature is below 200 °C, but it decreases when the leaching temperature is above 200 °C. The maximum leaching degree is about 90% at 200 °C. It was proved that the alkali hydrothermal leaching process is effective for the recovery of Nb and Ta from niobite concentrate. Foundation item: The Key Project of Science and Technology Agency of Japan, 1994 Biography of the first author: ZHOU Kang-gen, doctor of engineering, professor, born in 1963, majoring in extractive metallurgy of rare metals and application of membrane separation technology.     

Thermodynamic assessment of the ZrO2-AlO1.5 system

The ZrO₂-AlO_1.5 quasibinary system has been assessed by means of the CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram) technique. The liquid phase, cubic (fluorite-type) zirconia solid solution and tetragonal zirconia solid solution are described by a regular solution model. The monoclinic zirconia and α-AlO_1.5 are treated as stoichiometric phase. A consistent set of optimized parameters describing the system have been obtained to agree with almost all of the avaiable experimental data. Comparisons between the assessed and experimental data are presented. It is shown that further studies are needed for equilibrium solubilities of AlO_1.5 in ZrO₂ phases. Project supported by the National Natural Science Foundation of China and the National Key Laboratory of Powder Metallurgy Synopsis of the first author Wang Tao, born in 1972, doctoral student, majoring in phase diagram and materials design.     

B_2和Al_2分子结构的密度泛函与从头计算对比研究

为了评估密度泛函方法在研究小分子结构和性质方面的预测效力,本文应用B3LYP、BP86,M06、w B97x等10种不同的密度泛函方法对B2和Al2的基态结构与离解能进行了系统研究。研究结果表明:w B97x泛函、M06及其衍生泛函M06-L、M06-2X、M06-HF不能给出Al2准确的基态电子结构和离解能;所选择的泛函虽然能够正确预测到B2的基态电子结构,但大部分泛函所预测的离解能与实验值相比存在较大的误差。而精确的从头计算方法 CCSD(T)/cc-p VTZ和FCI/cc-p VTZ的预测结果与实验观测值相符:B2基态为X3Σg-,第一激发态A3Πu;Al2其基态为X3Πu和第一激发态A3Σg-,且预测得到的分子平衡核间距、离解能和振动频率与实验观测值符合得都很好。     

Ab Initio and DFT Study of Magnesium Sulfate Contact Ion Pairs

The stuctures of contact ion pairs of magnesium sulfate were studied. The geometries of contact ion pairs of MgSO4(H2O)n(n=1-6) were optimized by using Hartree-Fock (HF/6-31 G^*, HF/6-311 G^** )and density functional theory (DFT) (B3LYP/6-31 G^* , B3LYP/6-311 G^** ) methods. The stable struc-tures of monodentate, bidentate and tridentate contact ion pairs were obtained. The bidentate structure of contact ion pairs are the most stable compaired with the monodentate and tridentate ones for the same composition. The hydration enthalpies of contact ion pairs of MgSO4(H2O) n (n = 1- 4) increase with their hydration numbers.