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VS_(2)作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

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物理学报 2024年第11期73卷 110-118页

作者：周斌肖事成王一楠张晓毓钟雪马丹戴赢范志强唐贵平长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨... 详细信息

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨道及硫的3p轨道;Li在VS_(2)单层中优先吸附钒(V)的顶位,Li在VS_(2)表面具有非常好的扩散性,扩散势垒仅为0.20 eV,低于石墨烯,表明Li能够较快地迁移,有利于LIB快速充电-放电过程;VS_(2)机械性能良好,杨氏模量为96.82 N/m,且吸附Li后的杨氏模量与泊松比都未减小,表明VS_(2)在吸附Li以及Li离子扩散迁移过程中,刚性并不会降低;并且计算得到VS_(2)的电池容量(466 mAh/g)比石墨烯更高.研究表明VS_(2)具有出色的导电性能和优异的机械刚性及较高的理论容量,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.

关键词：锂离子电池吸附能第一性原理

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碳化硅表面氢气吸附机理研究

原子与分子物理学报 2024年第1期41卷 22-28页

作者：尹博闻曾庆丰关康王璐刘建涛刘永胜董宁张相华彭诚西北工业大学材料学院超高温结构复合材料重点实验室西安710072 华南理工大学材料科学与工程学院广州511442 西南交通大学机械工程学院成都610031 西北核技术研究所西安710024

在CVD沉积SiC过程中,载气体H_(2)与沉积SiC基体表面的反应影响沉积速率和沉积产物品质,因此研究这些微观反应机理具有十分重要的科学意义和工程价值.本文基于第一性原理研究了H_(2)在3C-SiC(111)(硅原子暴露面)和3C-SiC■(碳原子暴露面... 详细信息

在CVD沉积SiC过程中,载气体H_(2)与沉积SiC基体表面的反应影响沉积速率和沉积产物品质,因此研究这些微观反应机理具有十分重要的科学意义和工程价值.本文基于第一性原理研究了H_(2)在3C-SiC(111)(硅原子暴露面)和3C-SiC■(碳原子暴露面)面的吸附位置、吸附能、电子结构和覆盖率等吸附情况.发现H_(2)倾向于吸附在3C-SiC(111)面,H原子的最稳定吸附位为OT位(顶位)且属于化学吸附.H_(2)在吸附时会自发解离为两个H原子,以双顶位形式吸附在两个相邻的Si原子上.该过程中基体表面Si原子的电子向H偏移,此时两者的主要相互作用源于Si原子的p轨道和H的s轨道的重叠杂化.通过计算氢气在表面的覆盖率,发现吸附能随着覆盖率的增大而增大,在低H覆盖率(θ_(H)≤4/9 ML)下,H原子之间存在着较强的吸引力,随着H覆盖率的增加(θ_(H)>4/9 ML),H原子之间排斥力逐渐增大,吸附能增加趋缓,整体结构更加稳定.

关键词：第一性原理 SiC H_(2) 覆盖率吸附能

基于密度泛函理论的CO_(2)吸附微观机理比较研究

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原子与分子物理学报 2024年第2期41卷 1-8页

作者：张浩楠赵兵涛朱绍良上海理工大学能源与动力工程学院上海市200093

为探究吸附法捕获CO_(2)过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na2 CO3、SrTiO3与CO_(2)的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附... 详细信息

为探究吸附法捕获CO_(2)过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na2 CO3、SrTiO3与CO_(2)的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO_(2)分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO_(2)-.提出在探寻CO_(2)吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO_(2)的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.

关键词：密度泛函理论 CO_(2)吸附吸附能

钢中TiN表面性质及Fe原子吸附的第一性原理研究

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热加工工艺 2024年

作者：陈伟陈思李耀孙风杰张庆军华北理工大学冶金与能源学院华北理工大学综合测试分析中心河北省高品质钢连铸工程技术研究中心

为研究钢中钛系粒子Ti N对氧化物冶金的作用，基于第一性原理，研究了Ti N的表面性质及Fe原子在Ti N低指数面的吸附构型性质。然后从Ti N表面能、电子结构、态密度、分态密度及Fe原子在Ti N表面的吸附能等方面展开计算分析。结果表明，... 详细信息

为研究钢中钛系粒子Ti N对氧化物冶金的作用，基于第一性原理，研究了Ti N的表面性质及Fe原子在Ti N低指数面的吸附构型性质。然后从Ti N表面能、电子结构、态密度、分态密度及Fe原子在Ti N表面的吸附能等方面展开计算分析。结果表明，依据能量越低表面结构越稳定原则，Ti N的（001）表面结构最稳定。在3种Fe原子吸附模型Fe-Ti位、Fe-N位和Fe-bridge位中，Fe-N位吸附结构吸附能绝对值最大，结构最稳定，Fe-N位为最佳吸附原子位置。因此，本文为钢中Ti N粒子细化晶粒作用提供了理论基础，同时为钢中Ti N粒子与钢基体的界面结合分析提供了理论依据。

关键词： Ti N粒子第一性原理表面能电子结构吸附能

H_(2)S、HCN、PH_(3)在FeO(100)表面吸附的密度泛函理论研究

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原子与分子物理学报 2024年第1期41卷 29-36页

作者：杨蒙彭国建刘永军张艳琨杨春晓夏福婷张秋林云南民族大学化学与环境学院云南省高校民族地区资源清洁转化重点实验室昆明650500 昆明理工大学环境与工程学院昆明650500

基于密度泛函理论研究了H_(2)S、HCN、PH_(3)在FeO(100)表面的吸附行为,其吸附位点主要考虑四个:Fe-top(铁顶位)、O-top(氧顶位)、Hollow(空位)、Bridge(桥位).结果表明H_(2)S吸附在O-top吸附位点的吸附能最小,为-1.02 eV,即在该位点的... 详细信息

基于密度泛函理论研究了H_(2)S、HCN、PH_(3)在FeO(100)表面的吸附行为,其吸附位点主要考虑四个:Fe-top(铁顶位)、O-top(氧顶位)、Hollow(空位)、Bridge(桥位).结果表明H_(2)S吸附在O-top吸附位点的吸附能最小,为-1.02 eV,即在该位点的吸附体系最稳定.当HCN吸附在FeO(100)表面时,各吸附位点的稳定顺序为Hollow>Fe-top>Bridge>O-top.PH_(3)的最稳定的吸附位点与H_(2)S的一致,为O-top吸附位点,其吸附能为-1.11 eV.当H_(2)S吸附在O-top吸附位点时,H_(2)S与FeO(100)表面的电荷转移量最多,说明该吸附构型最稳定,而HCN吸附在FeO(100)表面,在Hollow吸附位点的电荷转移量最多,也即该吸附位点属于最稳定吸附位点.PH_(3)与FeO(100)表面之间的电荷转移量最多的吸附位点与H_(2)S的相同.当H_(2)S和PH_(3)吸附在O-top吸附位点时,吸附后的态密度曲线整体向低能级移动,峰值降低,其吸附结构变得更加稳定.而HCN吸附在Hollow位点时,吸附后的HCN态密度曲线向能量更低的区域移动,吸附体系变得更稳定.

关键词：密度泛函理论 H_(2)S HCN PH_(3) 吸附能

高分子复合材料中键合剂在不同纳米填料表面的吸附能计算

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化工学报 2022年第7期73卷 3174-3181页

作者：赵继昊唐伟强徐小飞赵双良贺炅皓华东理工大学化工学院上海200237 广西大学化学化工学院广西南宁530028 大冢材料科技(上海)有限公司上海200233

由高分子、填料、键合剂及各种功能助剂组成的高分子复合材料广泛应用于轮胎、含能材料、医疗、环保、建筑、交通等行业。键合剂在填料表面的吸附特性对高分子复合材料的性能有重要影响。分别以未改性的高氯酸铵、炭黑和二氧化硅填料为... 详细信息

由高分子、填料、键合剂及各种功能助剂组成的高分子复合材料广泛应用于轮胎、含能材料、医疗、环保、建筑、交通等行业。键合剂在填料表面的吸附特性对高分子复合材料的性能有重要影响。分别以未改性的高氯酸铵、炭黑和二氧化硅填料为对象,利用第一性原理计算评估了五种键合剂分子,即三乙醇胺(TEA)、三氟化硼三乙醇胺络合物(T313)、N,N′-二邻甲苯胍(DOTG)、N,N′-二苯基硫脲(DPTU)和二苯胍(DPG),在填料表面的吸附能。计算结果表明,随着填料基底层数的增加,吸附能逐渐增加,最后趋于一个稳定值。其中TEA和T313键合剂在高氯酸铵表面的吸附能为-0.84~-1.37 e V;DOTG、DPTU和DPG在炭黑表面的吸附能为-1.01~-1.29 e V;在二氧化硅表面的吸附能为-0.87~-0.94 eV;在接枝羟基的二氧化硅上的吸附能为-1.16~-1.36 eV。依次考察了单层炭黑点缺陷(单空位缺陷、双空位缺陷、Stone-Wales缺陷)和二氧化硅表面接枝羟基对吸附能的影响,发现单空位和双空位缺陷对吸附能影响不大,而Stone-Wales缺陷和二氧化硅接枝羟基显著增加吸附能。

关键词：纳米填料键合剂吸附能密度泛函理论缺陷

第一性原理研究掺入钒、锶的钡钨阴极表面功函数及吸附能

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电子学报 2023年第7期51卷 1977-1982页

作者：刘继琛邵文生张珂中国电子科技集团公司第十二研究所北京100015

应用第一性原理赝势法,构建了不同的阴极表面原子模型,并计算了功函数和吸附能.以(2×2×1)W(001)面为基础,在表面的顶位、桥位和洞位分别吸附1 ML的O原子,发现O原子更倾向于吸附在顶位,并且功函数最大.将Ba原子吸附在W-O表面后,发现Ba... 详细信息

应用第一性原理赝势法,构建了不同的阴极表面原子模型,并计算了功函数和吸附能.以(2×2×1)W(001)面为基础,在表面的顶位、桥位和洞位分别吸附1 ML的O原子,发现O原子更倾向于吸附在顶位,并且功函数最大.将Ba原子吸附在W-O表面后,发现Ba原子更有可能吸附在洞位,表面最佳覆盖度在0.5 ML左右.在W-O-Ba表面的洞位吸附V原子和Sr原子,发现同时吸附2种原子后体系的吸附能更有可能取决于最后吸附的原子,V的吸附使表面功函数降低,Sr使表面功函数升高.最后制备了掺入3%钒酸锶的新型钡钨阴极,在1050℃下脉冲发射电流密度达8.71 A/cm^(2),高于普通铝酸盐钡钨阴极的6.77 A/cm^(2),通过实验证实理论仿真具有合理性,可以进一步优化表面结构,提高阴极发射能力.

关键词：第一性原理钡钨阴极功函数吸附能表面掺杂

基于实验和DFT计算揭示EDTA对α-HH晶形调控的影响

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建筑材料学报 2024年

作者：杜景卫郅晓朱建平刘松辉司亚超河南理工大学材料科学与工程学院龙佰集团股份有限公司中国建筑材料科学研究总院

为探索钛石膏高附加值利用，以乙二胺四乙酸为转晶剂研究钛石膏制备α-HH的可行性，并揭示对晶形调控的影响. DFT计算和实验结果表明：EDTA中的羧酸与Ca2+形成配位吸附，在不同晶面产生吸附能差异并通过延长反应时间，促使各晶面生产速... 详细信息

为探索钛石膏高附加值利用，以乙二胺四乙酸为转晶剂研究钛石膏制备α-HH的可行性，并揭示对晶形调控的影响. DFT计算和实验结果表明：EDTA中的羧酸与Ca2+形成配位吸附，在不同晶面产生吸附能差异并通过延长反应时间，促使各晶面生产速率不同. 由于在顶部的吸附作用较端面强，使得晶体沿着纵轴的生长能力减弱，在横轴的生长作用增强. 在EDTA剂量0.1%时制备出长径比1.09:1的短柱状α-HH，但随着剂量的增大在横轴的生长过剩易产生板状晶形，不利于短柱状α-HH制备.

关键词：钛石膏乙二胺四乙酸(EDTA) DFT 吸附能晶形调控

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8-羟基喹啉缓蚀剂在镁表面吸附的理论研究

商洛学院学报 2024年第4期38卷 56-61页

作者：王毅梦聂凯飞高雨欣商洛学院化学工程与现代材料学院/陕西省尾矿资源综合利用重点实验室陕西商洛726000

8-羟基喹啉(8HQ)是常见的用于镁合金表面腐蚀防护的缓蚀剂,为了从理论上探讨其缓蚀机理,采用密度泛函理论进行量子化学计算。运用Materials Studio中的DMol3程序分析了8HQ分子的结构和性质(键长、键角、电荷、红外光谱、热力学性质、反... 详细信息

8-羟基喹啉(8HQ)是常见的用于镁合金表面腐蚀防护的缓蚀剂,为了从理论上探讨其缓蚀机理,采用密度泛函理论进行量子化学计算。运用Materials Studio中的DMol3程序分析了8HQ分子的结构和性质(键长、键角、电荷、红外光谱、热力学性质、反应活性及稳定性)及其在Mg(001)表面的吸附能力。结果表明,通过键长和键角的计算,得到C—N键键长较短,推测喹啉环中C—N键更难断裂。缓蚀剂的前线轨道密度分布主要在N原子及与喹啉环相连的羟基上,还有喹啉环上的C上,可以预测缓蚀剂分子在金属表面的吸附反应位点主要在此部位。通过红外光谱和不同温度下的热力学性质,分析了缓蚀剂分子的振动光谱,热力学结果显示该分子的气态热容、熵、焓等热力学性质与温度之间存在函数关系。通过对8HQ分子在Mg(001)表面的吸附能,证实了吸附位点主要是N和O原子且吸附自发进行。

关键词： 8-羟基喹啉量子化学红外光谱吸附能

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