BeO高压相变的从头算分子动力学模拟

摘要利用从头算分子动力学方法研究了BeO的高压诱导相变,发现,在360GPa压强下纤锌矿（wz）结构的BeO平稳地相变为岩盐（Rs）结构,且没有经过闪锌矿（zB）结构。相变机制包含模拟胞的单斜变形、沿[2110]方向的原子膨胀以及沿[0110]和[0001]方向的原子收缩。比较研究了闪锌矿（zB）结构BeO的高压诱导相...     

BeO高压相变的从头算分子动力学模拟

利用从头算分子动力学方法研究了BeO的高压诱导相变,发现,在360GPa压强下纤锌矿(WZ)结构的BeO平稳地相变为岩盐(RS)结构,且没有经过闪锌矿(ZB)结构。相变机制包含模拟胞的单斜变形、沿[2110]方向的原子膨胀以及沿[0110]和[0001]方向的原子收缩。比较研究了闪锌矿(ZB)结构BeO的高压诱导相变。在160 GPa压强下观察到ZB结构的BeO在相变为RS结构之前经过了四角的和单斜的中间相,与其它ZB结构材料在高压下的相变路径一致。     

过渡金属掺杂金红石相TiO2能带结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理能带计算方法和超晶胞模型计算金红石相TiO2掺杂过渡金属元素的电子结构.计算结果表明,Zn掺杂对TiO2的带隙宽度影响不明显,V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的掺杂都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中杂质原子的t2g态起了重要作用.     

TiO2晶型转变(A→R)的影响因素

二氧化钛作为一种应用极广泛的陶瓷材料,其晶型不同所拥有的性质和功能不同。对影响二氧化钛晶型转变的因素进行了综述,总结了烧结温度、掺杂、颗粒尺寸、压应力以及烧结气氛等对二氧化钛晶型转变的影响,对相变机理进行分析,并就TiO_2的A→R相变的应用前景进行展望。     

Zr掺杂CeO_2电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论,采用"总体能量平面波"超软赝势方法,对不同的Zr掺杂浓度的CeO2晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Zr掺杂CeO2晶体结构参数及性质;计算了Zr掺杂情况下CeO2晶体的总体能量、能带结构、总波态密度和分波态密度。研究表明,Zr3+取代Ce4+及Ce3+后晶体的稳定性增强,同时掺杂Zr使得晶格中自由载流子电子和O2p的波态密度的增加,使得晶格中Ce3+和Ce4+之间的变价可能性增大。     

TiCl4和O2在金红石型TiO2(110)表面的吸附机理

基于密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)下的BLYP、PBE泛函,研究了TiCl_4、O_2在金红石型TiO_2(110)晶胞表面上不同位点的吸附,以及TiCl_4和O_2分子共吸附后在最稳定吸附构型上的解离过程。结果表明,O_2分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为氧空位,O_2分子吸附在氧空位后,其中一个O原子与Ti5c原子成键形成桥位氧(O_(bri));另一个O原子形成O增原子(O_(ada)),吸附能为-11.58 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明O_2分子向表面转移了0.12 eV电荷;TiCl_4分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为桥氧位,吸附能为-48.64 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明TiCl_4分子向晶胞表面转移了0.26 eV电荷;TiCl_4与O_2在各自最佳的吸附位上吸附后,TiCl_4分子在O增原子(O_(ada))的作用下按—TiCl_4→—TiCl_3→—TiCl_2→—TiCl的主要路径发生解离,在TiCl_4分子解离过程中,正反应方向上的活化能垒均小于逆反应方向上的活化能垒,说明TiCl_4分子的解离过程为放热反应。     

砷铁化合物真空热分解的从头算分子动力学模拟

为研究砷铁渣中化合物真空下热分解的机理,对砷铁渣中FeAs、FeAs2进行真空条件下热分解的热力学计算,得到它们在1463 K,30 Pa的条件下可能发生的分解反应。采用基于密度泛函理论的平面波赝势法计算得到FeAs和FeAs2的稳定结构。并用从头算分子动力学的方法模拟了它们在1463 K,30 Pa的条件下的热分解过程。采用B3LYP杂化泛函计算了As2、As3、As4分子的稳定结构,并用二次同步转变的方法计算了气态As分子之间反应的过渡态。计算结果表明,在模拟条件下砷的脱除可能分步进行,并且更倾向于以As2的形式分离出去。     

钽掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理中的CASTEP模块计算了金红石相TiO2掺杂过渡金属钽元素的能带结构以及态密度。计算结果表明，Ta原子替换Ti原子后，Ta的5d轨道对TiO2的导带影响较明显，且使TiO2的带隙宽度减小，这样有可能使金红石TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收，其中Ta原子的t2g态起了重要作用。     

Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

磷掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

TiO2作为一种光催化材料,具有广阔的应用领域.近几年,利用掺杂改性来改善TiO2光催化性已成为当今研究的热点.本文采用第一性原理方法和超晶胞模型计算了磷元素掺杂金红石相TiO2的电子结构,并分析了三种不同掺杂位置的电子结构对TiO2光催化性能的影响.计算结果表明,P置换O和P在晶格间隙位置的掺杂对TiO2的带隙影响比较明显,在带隙中均形成了中间掺杂能级,都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,但P在晶格间隙位置的掺杂所形成的中间掺杂能级比较平稳,有可能改善TiO2光催化性能,其中磷原子的3p态起了重要作用.     

Ba2+在KDP(100)表面吸附的密度泛函理论研究

为了研究Ba~(2+)与KDP晶体表面相互作用的本质,采用密度泛函理论(DFT)方法对Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附行为进行计算。结果表明:Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附能为负值,吸附过程为自发的放热反应。通过结构优化得到3种稳定的吸附构型,最终吸附位置为O原子的顶位或两个O原子之间的桥位。当Ba~(2+)位于磷酸根基团中的两个O原子之间的桥位时,吸附最稳定。在3种吸附构型中,Ba~(2+)与表面O原子均通过离子键结合,而与表面最外层H原子则会产生一定的共价相互作用。另外,Ba~(2+)吸附使KDP(100)表面的P—O键、H—O键以及K—O键有不同程度的伸长或缩短,同时表面的氢键结构也发生了明显的变化。     

金属Cd2+掺杂TiO2纳米颗粒的制备及能级结构的影响机理

采用溶胶-凝胶法制备了Cd2+掺杂改性TiO2纳米颗粒,利用XRD、TEM、XPS和UV-Vis光谱对掺杂前后颗粒的结构和性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶法制备的Cd2+掺杂TiO2纳米颗粒主要为锐钛矿相,粒径尺寸在20nm左右,掺杂前后TiO2的尺寸和形貌没有明显变化;结构表征和光谱测试结果发现,Cd元素在TiO2纳米颗粒中部分取代TiO2晶格中的Ti元素,以Cd2+的形式存在,形成Cd—O键,使TiO2纳米颗粒的吸收带边红移,降低了TiO2的禁带宽度。并且采用基于密度泛函理论的第一性原理对Cd掺杂TiO2进行了能级结构的模拟计算,发现理论结果与实验结果有较好一致性。     

掺P锐钛矿相TiO2第一性原理计算

采用广义梯度近似处理的全电势线性缀加平面波法计算了掺P锐钛矿相TiO2的电子密度、能带结构和态密度.计算结果表明,P掺杂使锐钛矿相TiO2在费米能级附近出现3条杂质能带,使能带宽度减小,从而有效地提高了TiO2的可见光响应.     

TiO2纳米粒子热处理过程相变原因研究

通过差热 热重分析(TG DTA)和 X射线衍射分析(XRD)对热处理过程中 TiO2 纳米粒子相变过程进行了研究。结果表明,在热处理过程中, 纯锐钛矿相TiO2 纳米粒子的相变温度与粉体粒径的大小有关,当粉体粒径<21nm时,金红石相的标准自由能大于锐钛矿相,粉体不会发生相变。当粉体粒径增大到21nm以上时,情况相反,粉体可能发生相变,表现出明显的尺寸效应。     

扶椅型碳纳米管介电常数和光谱密度泛函研究

为研究扶椅型单壁碳纳米管的介电常数和光谱吸收性质,建立了扶椅型碳纳米管的结构模型,用平面波赝势方法,采用广义梯度近似的密度泛函理论,对扶椅型碳纳米管(5,5)(7,7)(9,9)垂直与平行方向介电常数的虚部以及光谱吸收性质进行了理论计算,计算结果表明:扶椅型碳纳米管为各项异性介质,其光吸收具有偏振性。在合理安排碳纳米管和入射光的角度时,碳纳米管将成为一种理想的可见光吸收材料。     

用密度泛函理论研究汞在CeO_2(111)表面的吸附

采用密度泛函理论计算了Hg、HgCl、HgCl_2在CeO_2(111)表面的吸附构型、吸附能和态密度。结果表明,Hg在CeO_2(111)表面属于弱化学吸附。HgCl与CeO_2(111)表面为强化学吸附,是反应的重要中间体。HgCl_2在CeO_2(111)表面是物理吸附,易发生解离,脱除。氯对于汞的吸附和氧化产生较强的影响,这与实验结果相一致。基于计算结果,得到汞在CeO_2(111)表面的反应机理。     

Ga掺杂ZnO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,对不同的Ga掺杂浓度的ZnO晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Ga掺杂ZnO晶体结构参数及性质,为ZnO材料的掺杂改性研究提供了理论依据。计算了Ga掺杂情况下ZnO晶体的总体能量、能带结构、总体态密度、分波态密度。分析了Ga掺杂对ZnO晶体电子结构和光学吸收带边的影响。     

凹凸棒石黏土对TiO2纳米晶相变和晶粒生长的影响

以凹凸棒石黏土（Attapulgite，缩写为ATP）为载体，通过酸性溶胶法制备纳米TiO2，ATP前驱体，再经过高温煅烧得到其复合体。利用x射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、差热．热重分析（DSC-TG）等手段对其组成、尺寸、结构等进行分析和表征。结果表明，ATP的加入有效地抑制了TiO2晶粒的生长速度和晶型转变温度，复合体中TiO2粒径比相同工艺获得的纯TiO2小，且复合体中TiO2从锐钛矿型到金红石型的相变温度比纯TiO2升高了大约400℃左右。     

真空下Al-Zn合金结构随温度变化的从头算分子动力学模拟（英文）

Al-Zn合金的广泛使用导致大量合金废料的产生。真空蒸馏法可以有效分离合金中的杂质元素。但是,分离效果取决于杂质元素的性能。为了从Al-Zn合金废料中有效分离出杂质元素Zn,本文利用从头算分子动力学方法成功地模拟了Al-10%Zn合金真空下的结构和性能随温度的变化情况。模拟得到了合金在不同温度下的径向分布函数(RDF),配位数(CN),均方位移(MSD),扩散系数(DC)和分波态密度(PDOS)。模拟结果表明:随温度升高,Al-10%Zn合金结构有三个相变过程;当合金熔化以后,真空条件下金属锌可以很容易地从液相蒸发到气相;随温度的升高,锌原子的扩散系数和平均电荷具有相同的发展趋势。     

氧化物添加剂对TiO2相变和晶粒生长的影响机制

添加氧化物可抑制或促进锐钛矿相变,并有效抑制TiO2晶粒生长,从而对TiO2的功能性质产生重要影响。本文归纳了氧化物影响TiO2相变和晶粒生长的机制。对于一种特定的氧化物添加剂,其对相变的影响效果取决于氧化物阴离子的离子半径、价态、配位情况、氧化物的添加工艺、添加量以及材料的处理温度和时间等多种因素的共同作用。氧化物添加剂抑制TiO2晶粒生长的机制与其在显微结构中的分布状况密切相关。