CeO_2表面的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序和超晶胞模型,用LDA近似方法对CeO2晶胞及其表面结构进行了优化计算。在优化的CeO2晶胞上,计算了CeO2(111)、(110)和(100)不同终端六个表面的原子和电子结构.通过对表面相对能和电子态密度的分析,发现以桥氧为端面的CeO2(111)面的表面能为1.00 J/m2,其电子态密度图与体相的相似,是CeO2最稳定表面。

NbC固体表面能带和电子结构的理论研究

采用DFT/BLYP方法对NbC(001)和(111)面的电子结构进行研究。计算结果表明,对于NbC(001)表面,其表面态主要集中于费米能级(EF)下方约4.5eV附近区域,并以表面Nb原子和C原子为主要成分。O2分子在该表面吸附时,趋向于吸附在表面Nb原子上。对于NbC(111)表面,其表面态集中在EF下方0.02.0eV区域,靠近EF的态具有较高的表面活性,其主要成分为表面Nb原子的4dxz/dyz成分。上述结论与光电子能谱实验结果基本一致;但由于金属原子d电子数的差异导致NbC(111)表面态成分与类似的TiC化合物并不相同。

氢分子在ZrC(111)面解离过程的动态能带结构研究

采用密度泛函方法和平板模型对H_2在ZrC(111)面上的反应途径进行了研究,结果表明H_2在该表面上的解离易于发生.通过考察各中间态的能带结构,在H_2解离的过程中,H1s诱导态(占据)所处能量位置存在着先上升后下降的过程,同时清洁表面中处在费米能级下方的以表面Zr原子4dxz/dyz为主要成分的能带消失.上述能带结构分析结果再现了活性表面态在反应过程中的作用,并与光电子能谱观测结果相吻合.

难熔固体MX(M=Sc,Ti,V;X=C,N,O)电子结构和力学性质的密度泛函研究

采用密度泛函方法对 MX( M=Sc,Ti,V;X=C,N,O)固体的体相电子结构和力学性质进行了系统研究 .计算结果表明 ,对于金属原子相同的同一系列化合物 ,氮化物具有最大的体模量 ;进一步的研究可知 ,随着外界压力的增大 ,化合物由 Na Cl构型向 Cs Cl构型转变由易到难的顺序依次是氧化物、氮化物和碳化物 .本文还首次用密度泛函方法系统地计算了各化合物的能带结构和态密度 ,并对该类型化合物的导电性能进行了探讨 .

碳酰肼异构体及其晶体的密度泛函理论研究

对碳酰肼(CHZ)异构体及其晶体进行了DFT-B3LYP/6-31G**理论水平的计算研究。讨论了各种异构体的优化几何构型、振动频率、NBO电荷、前线轨道能级以及晶体的能带结构和态密度分布。研究结果表明,异构体Ⅱ的总能量最低,前线轨道能级差最大,故其稳定性最好。同时该异构体的优化几何构型与碳酰肼的实测分子几何构型一致,这表明碳酰肼在晶体生长过程中优先选择稳定性最好的几何构型。由电荷分布得知碳酰肼的羰基氧原子和肼基的端位氮原子易于配位,这与实验事实相符。此外,晶体中存在较强的分子间相互作用,各类原子对其前线轨道的组成均有贡献,并且部分前沿能带曲线起伏较大,表明相应的分子轨道能态受晶体场的影响较大。

AlN(10-10)表面结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了六方AlN及其(10-10)表面的原子及电子结构。其中计算出的六方AlN晶体中的晶格常数和体弹性模量与实验值很符合。用平板超原胞模型模拟计算AlN(10-10)表面的原子及电子结构,结果表明:AlN(10-10)表面弛豫后,表面顶层原子之间的键长收缩并发生扭转。表面原子均向体内移动,原子轨道重新杂化,N原子趋向于p3构型,Al原子趋向于sp2构型。

稀土发光材料与器件课程与密度泛函理论计算的结合

稀土发光材料与器件是一门讲授发光材料与照明、显示产业结合的课程。发光材料的发光过程涉及复杂点电子跃迁等物理过程,传统的授课方式越来越难满足学生对复杂知识的掌握。本文针对这个问题,结合了教学实例,采用密度泛函理论计算硫化物荧光粉基质的电子结构,通过能带理论解释了荧光粉热猝灭的机理。结果表明,密度泛函理论能够直观地解释荧光粉热猝灭过程与能带的联系。探索了密度泛函理论融入稀土发光材料与器件课程的方式。

反常弛豫的CuCl(110)表面电子态研究

采用考虑 d电子相互作用的 spd紧束缚模型描述具有闪矿结构的半导体 Cu Cl的体能带 ,用形势散射理论方法计算了弛豫的 Cu Cl(110 )表面电子结构 ,给出了表面投影能带结构和表面波矢分辨的层态密度 .计算结果表明 :表面弛豫主要是表面层 p- p和 p-

SnO_2(110)弛豫表面构型与电子结构的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函方法对SnO2(110)表面的构型和电子结构进行了系统研究.结果表明,与理想表面相比,表面弛豫导致表层五配位Sn原子向体相方向位移,六配位Sn原子以及表面氧原子往真空方向移动,而桥氧原子位置基本保持不变.当表面厚度小于3nm时,表面能和表层原子的弛豫大小随着层数的增加出现振荡现象.由能带计算结果得知,以桥氧的2py/2pz轨道为主要成分的能带出现在体相的带隙中.进一步考察了弛豫对表面电子结构的影响.

过渡金属碳化物(111)面电子结构的理论研究

采用第一性原理的密度泛函方法对过渡金属碳化物MC(111)清洁表面构型和电子结构进行系统研究.结果表明,与理想表面相比,表面弛豫导致表层金属原子和次表层碳原子分别朝体相和真空方向位移,从而导致层间距的收缩.由能带计算结果得知,紧邻或被EF穿越的活性表面态成分均为表面金属原子的dxz/dyz轨道.进一步考察了弛豫对表面态组成的影响,并对表面芯能级位移和功函进行了探讨.

CdTe(110)表面原子与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了CdTe(110)表面的原子和电子性质。结果表明,CdTe(110)理想表面在禁带中出现两个明显的表面态,弛豫后表层Cd原子和Te原子p态电子发生转移,Cd原子趋向于sp2平面杂化构型,Te原子趋向p3杂化的锥形构型。经过表面弛豫大大降低了表面能,增大了表面功函数,表面占据态和表面空态分别被推进价带顶之下和导带底之上,导致弛豫表面没有明显的表面态。

CdSe的电子结构和光学性质研究

CdSe是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料．它有闪锌矿和纤锌矿两种不同的结构，带隙较窄．具有优良的电光特性和广泛的应用前景，得到了人们的广泛关注。Shan等人实验上采用金刚石压砧技术研究了纤锌矿结构的CdSe基本带隙的压变效应，并且合理分析了压力影响下的光子跃迁行为。

高压下超导体FeSe电子结构的第一性原理研究

从头计算了高压下超导体FeSe体相的性质,参数设定和性质计算都基于密度泛函理论,交换相关能采用GGA,泛函形式为PBE,原子间相互作用的描述采用超软赝势。计算发现压力使FeSe4四面体发生畸变,Fe的3d轨道劈裂为t2g轨道和eg轨道,并且Fe的d轨道劈裂能在一定压力范围随压力增加而变大,其中t2g电子具有空穴的导电特征,eg电子为电子导电特征;在费米面附近Fe的3d电子的态密度与总能态密度几乎相等,说明物质的超导电性源于同一层之间的Fe2+的相互作用。

TiO_2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的赝势方法对锐钛矿、金红石和萤石结构的TiO2进行模拟,研究了锐钛矿结构、金红石结构和萤石结构TiO2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量B0和体弹模量对压强的一阶导数B0′。对模型进行结构优化后,应用第一性原理方法比较分析了三种晶型TiO2的电子结构,研究了其能带和态密度的分布情况,得出TiO2的价带主要是由O的2p态贡献的,导带主要是由Ti的3d态贡献的。得到三种晶型的禁带宽度,其中萤石结构的禁带宽度远小于金红石结构和锐钛矿结构,可以预计萤石TiO2光谱的吸收范围扩大,光催化性能会相应有所提高。

一碳掺杂硼氮纳米管的电子结构和电学性质

用密度泛函理论的DFT/ROB3LYP方法计算了几种一碳掺杂 (碳取代一个硼原子或氮原子 )的硼氮纳米管的电子结构 ,研究了其导电性 ,得到了这种碳掺杂硼氮纳米管的能带结构和态密度曲线 ,并与纯硼氮纳米管作了比较 ,讨论了碳掺杂对硼氮纳米管导电性的影响 .

甲酸在Pt-Sn(111)/C合金表面吸附的量子化学研究

采用周期平板模型,结合密度泛函理论对HCOOH和CO在Pt-Sn(111)/C表面的top、bridge、hcp和fcc共计8个位点的吸附模型进行构型优化和能量计算,并对吸附前后的频率、电荷、能带和态密度进行了研究.计算结果表明fcc-Pt3是较为有利的吸附位点,Sn掺杂之后费米能级右移,导带增宽,价带和导带的位置略微降低,合金表面电子结构变化利于甲酸的吸附解离催化,可使甲酸燃料电池阳极催化性能显著提高.通过催化剂表面的抗中毒分析,发现CO在Pt-Sn(111)/C表面的吸附能以两种趋势下降,阳极催化剂掺杂改性后抗CO中毒能力增强.

Au(111)面甲烷硫醇吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH3SH分子在Au(111)表面的吸附构型和电子结构.系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的系列构型,计算结果表明,CH3SH分子倾向于吸附在top位上,S—C键相对于Au表面法线的夹角为62°～78°;而S—H键断裂后CH3S_H则倾向于吸附在bri-fcc位上,S—C键相对于Au(111)表面法线的夹角为49°～57°.比较分析CH3SH分子和CH3S_H的吸附,发现CH3SH分子倾向于不解离吸附,表面温度的提升和缺陷的出现可能促使S—H键的断裂.通过比较S原子在独立的CH3SH分子和吸附状态下的局域态密度,发现S—H键断裂后S原子和表面的键合强于S—H键未断裂时S原子和表面的键合.扫描隧道显微镜(STM)图像模拟显示了CH3SH和CH3S_H在Au(111)表面吸附的3个典型的STM图像.

β-PTCDA的电子结构和光学性质的第一性原理计算（英文）

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法研究了β-PTCDA分子晶体的能带结构、分波态密度和光学性质,通过分析不同种类原子的不同电子态在不同电子能级中的贡献,获得β-PTCDA分子晶体的光频介电常数、光吸收系数、折射率和能量损失函数等随光频的变化规律.结果表明：β-PTCDA作为一种直接带隙的窄带隙有机半导体,对费米能级贡献较大的电子轨道为苝核的C 2p以及O 2p电子态,即价带顶;对导带底贡献较大的为C 2p及O 2p电子态,包括酸酐C原子;其在光子能量为2~10eV的区域具有强的光吸收特性,以及明显的双轴各向异性;在介电函数实部ε1（ω）〈0的光频区域,β-PTCDA分子晶体具有各向异性电导率,且与能量损失函数相一致.

黑磷纳米带电子结构的调控

基于密度泛函理论,从第一性原理出发,研究Armchair型和Zigzag型黑磷纳米带边缘钝化非金属原子对其电子结构性质的影响,探讨各类钝化结构的稳定性.计算结果显示,氢钝化或卤族原子钝化都能有效调节黒磷纳米带的电子能带结构;对钝化后的纳米带加横向电场,能使其能隙随电场增加逐渐减小,最终由半导体特性转变为金属特性,但在垂直纳米带表面加电场,对能带结构不产生影响.综合考虑边缘钝化后纳米带电子结构性质及稳定性,指出氟化黑磷纳米带将很有希望成为光伏平台和纳米电子器件的理想材料之一.

CdS的电子结构和光学性质

根据密度泛函理论体系下的平面波赝势(PW P)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理对CdS晶体闪锌矿结构进行研究计算,得到其平衡晶格常数、电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质,详细讨论其电子结构,并且结合实验结果定性分析了半导体CdS的光学性质.