In、Bi、Sb掺杂SnO_(2)锂化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势(USPP)法,以In、Bi、Sb掺杂SnO_(2)为主要研究对象,构建了M_(1-x)Sn_(x)O_(2)二维片状材料模型并模拟其锂化过程,获得Li^(+)饱和浓度曲线;构建M_(1-x)Sn_(x)O_(2)三维晶体结构并计算其能带结构、态密度、分子轨道和布居;使用过渡态搜索(TS search)方法评估了Li^(+)扩散的能垒。结果表明,M_(1-x)Sn_(x)O_(2)锂化至饱和状态时锂浓度分别为Li_(0.47)SnO_(2)、Li_(0.47)In_(0.3)Sn_(0.7)O_(2)、Li_(0.47)Bi_(0.3)Sn_(0.7)O_(2)、Li_(0.59)Sb_(0.3)Sn_(0.7)O_(2);SnO_(2)、In-SnO_(2)、Bi-SnO_(2)、Sb-SnO_(2)的带隙分别为1.23、1.72、1.47、0.23 eV,其中Sb-SnO_(2)态密度在费米能级处脉冲峰的展宽扩大到-2~6 eV,表明Sb原子的掺杂使得原子间的耦合作用增强,带隙减小,轨道范围变大,电子的非局域性变强;掺杂In、Bi、Sb原子后SnO_(2)离子键的键级由0.33分别转变为0.22、0.03、0.02,离子性依次增强,其中Sb-SnO_(2)的离子性最强,Sn—O键强度最低。同样的路径下Li^(+)在SnO_(2)、In-SnO_(2)、Bi-SnO_(2)、Sb-SnO_(2)中扩散所需的最大能量分别为1.1、0.75、1.03、0.56 eV;金属元素Sb掺杂SnO_(2)可有效增强其锂化能力。