B位掺杂提升CsSnI_(3)钙钛矿结构和电荷稳定性的第一性原理研究

全无机CsSnI_(3)钙钛矿拥有理想的带隙宽度(1.3 eV),光电转化效率理论峰值达到33%.目前CsSnI_(3)太阳能电池的发展受制于的CsSnI_(3)的结构不稳定性和Sn^(2+)易被氧化为Sn^(4+)的问题.研究基于第一性原理,详细探讨了一系列金属元素对CsSnI_(3)进行B位掺杂改性的方案,旨在提升CsSnI_(3)结构稳定性,并抑制CsSnI_(3)中Sn^(2+)被氧化为Sn^(4+)的问题.计算结果表明,在CsSnI_(3)钙钛矿B位掺杂三价金属Sb、Bi能够阻碍CsSnI_(3)相变生成Cs_(2)SnI_6,并且抑制Sn^(2+)的氧化;尤其在晶格中存在锡空位缺陷时,Sb、Bi掺杂对于Sn^(4+)形成的抑制效果更为显著.同时,低浓度的Sb、Bi掺杂不会改变CsSnI_(3)的直接带隙特性,且带隙宽度变化较小,因此能够在维持CsSnI_(3)优良光电活性的基础上进一步提高结构和电荷的稳定性.研究结果为实现高效且稳定的CsSnI_(3)钙钛矿太阳能电池提供了重要的理论指导.

钠离子电池锰基正极材料的元素替位掺杂改性研究进展

为提高钠离子电池锰基过渡金属氧化物正极材料的容量保持率,有效抑制循环过程中不可逆相变的发生,采用过渡金属位替代(M′-M)、碱金属位Li替代(Li-A)、过渡金属位以及碱金属位Li双取代(Li-M、A)的锰基TMO制备过程,利用较低线性有序性对锰基TMO材料进行结构稳定改性。综合分析表明,锰基TMO材料经过不同元素过渡金属位替代、碱金属位替代、过渡金属位以及碱金属位Li双取代均不同程度抑制了Jahn-Teller效应。改性后的锰基TMO中过渡金属层间距和Na+扩散速率增大,容量保持率和结构稳定性得到显著提高,其中经碱金属Li元素掺杂后的锰基TMO容量保持率最高升至94.3%。

A位掺杂的LaCoO_(3)钙钛矿氧化物热化学储能实验研究

为解决太阳能热发电系统存在的间歇性供电问题,基于热化学储能体系,提出将钙钛矿复合氧化物作为储能材料。采用溶胶-凝胶法制备了一系列A位掺杂的钴酸镧钙钛矿氧化物La_(1-x)M_(x)CoO_(3)(M=Sr,K,Ba;x是M元素掺杂的摩尔分数的百分点),利用同步热分析仪在空气气氛下对该系列样品进行测试,并探究煅烧温度、A位掺杂元素种类、掺杂量对样品合成及热化学储能性能的影响。通过X射线衍射仪对钙钛矿样品的晶体结构进行了表征分析。结果表明:由于较低的煅烧温度导致样品不纯,在热重分析时,第一个循环的还原过程质量损失率太大,且样品的质量变化随着循环而产生恶化。较高的温度可以得到纯度和结晶度更高的样品;K的掺杂对样品的储能性能无效;Sr掺杂样品的质量变化随着Sr掺杂量的增加呈现先增加后减小的趋势,其中LS28C的储能性能最好;Ba掺杂后,样品的质量变化和反应速率随着Ba含量的增加而提高。该实验研究在空气条件下进行,无需增设真空泵等设备,既简化了系统,也降低了运营成本。

双钙钛矿氧化物中B位掺杂对固体氧化物燃料电池性能的影响

作为氢燃料利用的核心器件,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)可以高效地将燃料气转化为电能。燃料电池中的阴极作为氧还原反应的发生场所,不仅对性能输出占有重要的影响,而且还是燃料电池的稳定性和寿命的关键决定因素。针对阴极材料的研究在推动燃料电池技术发展及产业化进程中具有重要意义。为了提升阴极的电化学性能,本文对双钙钛矿结构氧化物PrBa_(0.8)Ca_(0.2)Co_(2)O_(5+δ)(PBCC)中的钴元素进行掺杂调控,研究掺杂元素的种类、浓度对材料电化学性能的影响,通过电化学性能测试确定了最优的掺杂元素类型和含量。当使用掺杂5 mol%铁元素的PBCC材料作为阴极时,燃料电池在700℃的最大功率达到了1259 mW∙cm^(-2),远优于未掺杂时的988 mW∙cm^(-2)。对掺杂元素含量和种类的优化有助于提升固体氧化物燃料电池的电化学性能。

Al原子的替位掺杂与表面吸附对BiVO_(4)(010)晶面光电催化分解水析氧性能的影响

太阳能光电催化分解水制氢气和氧气是获得可再生能源的可行方案之一,利用密度泛函理论计算,对比了替位掺杂和表面吸附过渡金属Al原子对BiVO_(4)(010)晶面析氧(OER)性能的影响.结果表明,两种方式都能有效调控BiVO_(4)的电子结构进而调节其OER性能,而表面吸附因能改善BiVO_(4)的导电性和光吸收,降低电子-空穴复合,增强OER过程中活性位点与含氧中间体之间的相互作用,降低决速步的过电势,被认为是提高(010)晶面析氧性能的有效手段.本工作为设计高效的二维半导体析氧反应的光催化剂提供了重要参考.

Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷及其A和B位掺杂的介电研究

测量了Bi_4Ti_3O_12(BTO)陶瓷及其A和B位掺杂的系列材料介电损耗.在温度损耗谱上观察到一损耗峰,通过氧处理和内耗等相关实验手段,证实该峰(P1峰)是与氧空位有关的弛豫峰.同时观察该峰随不同掺杂类型的变化,分析了BTO陶瓷B位掺杂对铁电性的影响.

B位掺杂Bi_4Ti_3O_(12)的研究

制备了不同半径和价数的离子B位掺杂的BTNb,BTV,BTZr,BTHf陶瓷,并且对其性能进行了测量.发现B位掺杂可以显著增加陶瓷的2Pr,同时可以改善抗疲劳性能.研究结果表明掺杂离子半径和价数都对剩余极化有一定影响,此外掺杂离子和氧离子的电子轨道杂化也会影响材料的剩余极化.

稀土元素Ca位掺杂CaMnO_3材料的热电性能研究进展

作为一种n型氧化物热电材料体系,CaMnO_3基热电材料因其优异的热电性能引起了人们的广泛兴趣。目前主要的研究集中在通过掺杂的方法提高其热电优值。本文就RE系稀土元素在Ca位对CaMnO_3热电材料的研究情况进行综述报道,包括CaMnO_3基热电材料制备方法、热电性能。

B位掺杂对（Pb,Ca）（Fe1／2Nb1／2）O3陶瓷微波介电性能的影响

研究了Ｂ位分别掺杂Ｓｎ＾４＋、Ｚｒ＾４＋、Ｃｅ＾４＋对（Ｐｂ０．４５Ｃａ０．２５）（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３（ＰＣＦＮ）陶瓷的烧结行为、微观结构及微波介电性能的影响。实验结果表明，掺杂样品能在相对较低的温度下烧结（１２００℃／２ｈ），Ｂ位大半径离子的掺入使介电常数降低，适量的Ｂ位掺杂能不同程度的改进ＰＣＦＮ陶瓷的综合微波介电性能。用这种材料做成的带通滤波器在中心频率为９２８．４ＭＨｚ下，插入损耗为２．４６９ｄＢ，满足插入损耗应小于３ｄＢ的要求，在移动通信中有着实际应用前景。

LaMnO_3不同晶位掺杂的磁电阻效应

基于研究钙钛矿型氧化物磁电阻效应的目的,采用固相反应法制备了实验所需的单相多晶样品,主要就La位二价金属离子掺杂和稀土互掺及Mn位掺杂对LaMnO3磁电阻影响的实验结果作比较研究,发现La位稀土互掺对磁电阻的影响可以用晶格效应来解释,并明确指出La位和Mn位掺杂是提高和调制钙钛矿型锰氧化物超大磁电阻效应的一种有效途径.

钙钛矿锰氧化物A位掺杂研究进展

通过自发现巨磁电阻效应以来相关论文分析,总结了钙钛矿锰氧化物A位掺杂研究进展。主要包括这类物质的晶格结构、磁结构、双交换作用、公差因子效应及展现出的磁电性质等的研究进展。

B位掺杂对钙钛矿锰氧化物的磁电性质影响的研究

通过比较和分析不同离子B位掺杂对钙钛矿锰氧化物的磁性质和电输运性质的影响,结果表明,离子的价态磁性以及电子结构都是影响体系的磁电性质的重要的因素。

B位掺杂(CH_3NH_3)Pb_(0.5)M_(0.5)I_3(M=C,Si,Ge,Sn)环境友好型光电转化材料第一性原理研究

采用Material Studio(MS)计算软件中的CASTEP软件包构建出环境友好型钙钛矿太阳能电池材料(CH3NH3)Pb0.5M0.5I3(M=C,Si,Ge,Sn)包括母体在内的共计25种位形,研究了B位掺杂对其结构和物理性能的影响.首先,通过GGA+WC关联函数对25种位形分别进行几何优化和能量优化,并获得最终优化后的几何结构与总能量;其次,寻找到能量最低对应的几何结构,并将该结构作为最稳定结构进行研究;计算结果表明,所有位形都属于半导体.随着B位掺杂元素有效离子半径的减小,晶胞体积收缩,带隙有减小的趋势,在费米能级附近态密度分裂成的子带数量逐渐增加,电子密度逐渐降低,光学吸收峰逐渐从高频向低频移动.

LaMnO_3的La位掺杂对输运特性和磁电阻的影响

采用固相反应法制备实验所需的多晶样品,主要探讨LaMnO3的La位分别用不同价阳离子掺杂对输运特性和磁电阻的影响,明确指出La位掺杂是提高和调制钙钛矿型锰氧化物超大磁电阻(CMR)效应的一种有效途径。实验结果表明:La1-xMxMnO3(M为Ag,Na)多晶样品当0.1<x<0.2时室温磁电阻值最大;La1-xMxMnO3(M为Sr,Ca,Pb等)当x=0.33时体系为最佳导电和CMR态,其本质原因是双交换(DE)作用和Jahn-Teller效应;La1-xMxMnO3(M为Te,Ce,Zr,Sb等)电子掺杂型锰氧化物在发生PM-FM转变的同时伴随半导体-金属的相变,而两个相变温度Tc与Tp非常接近,在Tc附近具有CMR效应,这种现象我们认为可用广义的DE模型来解释。

Cu离子A位掺杂对LaSrCoO_4复合氧化物氧化性能的影响

采用聚丙烯酰胺法制备了La1-xCuxSrCoO4(x=0.2-0.8)复合氧化物,考察了Cu离子掺杂量(x)对CO及C3H8氧化反应活性的影响,并运用XRD、IR、TPR和TPD等多种手段对复合氧化物催化剂进行了表征。结果表明,催化剂活性随x的变化而变化,Cu部分取代A位La能提高LaSrCoO4催化剂的CO及C3H8氧化反应活性,当x=0.4时La1-xCuxSrCoO4催化剂的晶格氧和Co3+含量较多,晶格氧的活动性较高,催化活性最佳。

A位掺杂LaSrCoO_4对CO和C_3H_8氧化性能研究

采用聚丙烯酰胺溶胶-凝胶法制备了A位掺杂(Cu、Ce)LaSrCoO4复合氧化物催化剂,考察了它们对CO和C3H8的催化氧化活性,并运用XRD,TPR和TPD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,不同稀土掺杂对LaSrCoO4复合氧化物的CO和C3H8氧化活性的影响不同,Cu掺杂能增加Co3+、化学吸附氧和晶格氧的数量,提高复合氧化物的活性,而Ce则相反。

钇离子钙位掺杂对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷材料压敏性能的调控

采用传统固相反应法制备了 Ca（1- x）Yx Cu3 Ti4 O12（x =0，0.005，0.010，0.015，0.020，0.030，0.040）陶瓷样品.利用 X 射线衍射仪、扫描电子显微镜及高压数字源表等测试手段，对所得样品的微观结构和压敏性能进行了表征，并分析讨论了晶界势垒变化影响体系压敏性能的原因.结果表明，不等价的钇离子（Y3＋）钙位掺杂未引起体系结构相变；体系晶粒生长与掺杂量有明显的关联，掺杂改变了样品的致密度及晶界处的化学环境；Y3＋掺杂对 CaCu3 Ti4 O12陶瓷材料压敏性能有明显的调控作用，适量掺杂 Y3＋（x =0.010~0.020）可显著提高样品的非线性系数和压敏电压.

稀土锰氧化物的Mn位掺杂效应

Mn位掺杂是调整稀土锰氧化物中Mn^3＋-O^2--Mn^4＋网络的一种十分有效的方法，对理解稀土锰氧化物材料的物理机制和微观机理具有重要作用。在Ln1-xAxMnO3体系中，当x=0．3左右时，Mn位微量掺杂即可破坏原有的长程铁磁有序与金属性共存，而产生团簇玻璃型（短程）铁磁有序行为；多数情况下，TP降低，对应的峰值电阻率ρp急剧升高，居里温度Tc降低，CMR效应增强。当x=0．5时，通过在Mn位掺杂可以使反铁磁绝缘母体产生铁磁金属性行为；电阻率急剧降低，出现CMR效应。

A位掺杂纳米LaCoO_3的制备及其结构表征

研究了硬脂酸合成法制备催化剂纳米LaCoO3及LaCoO3的A位系列掺杂产物,考察了不同掺杂物及其配比对A位掺杂产物结构的影响,对纳米LaCoO3及其A位系列掺杂产物进行了表征。结果表明,利用硬脂酸凝胶燃烧合成法可以制备催化剂纳米LaCoO3及LaCoO3的A位系列掺杂产物,其中Sr比Ba的掺杂效果好,没有相应掺杂元素的氧化物特征峰出现,且掺杂没有改变LaCoO3的钙钛矿结构。

Se位掺杂对燃烧合成Cu_2SnSe_3热电性能的影响

Cu_2SnSe_3是一种不含稀贵或有毒元素的新型热电材料,具有较低的热导率和较高的电导率,通过掺杂可大大提高Cu_2SnSe_3的热电优值,使其有望在中温区附近得到应用。通过燃烧合成直接一步制备出致密的Cu_2SnSe_3块体材料,其相对密度在96%以上,最大热电优值为0.48,与传统烧结工艺制备的样品性能相当,整个反应过程在数分钟内即迅速完成,从而极大的简化了合成工艺。为进一步提高Cu_2SnSe_3材料的热电性能,本文利用燃烧合成方法制备多晶块体材料,采用S、Te两种元素对Cu_2SnSe_3进行掺杂,系统研究了掺杂对热电性能的影响。结果表明,S、Te两种元素的Se位掺杂提高了Seebeck系数,降低了热导率和电导率,最终使热电优值有所提升。S掺杂Cu_2SnSxSe_(3-x)样品中,当x=0.15时在温度773 K下取得最大ZT值为0.66。Te掺杂Cu_2SnTe_xSe_(3-x)样品中,当x=0.05时在温度773 K下取得最大ZT值为0.40。