阶梯化对快离子导体LixTiS2的结构与能量性质的影响

根据密度波理论建立了stage-2有序LixTiS2(x=1/8,1/6,1/4,1/3,3/8,1/2)系统的晶胞模型.采用平面波赝势方法,对stage-2有序系统和stage-1有序LixTiS2(x=0,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4,1)系统进行了几何结构优化和总能量计算,并进行了对比研究.发现stage-2晶胞的参量c(d)与stage-1晶胞的参量2c0(d)有相似的变化规律.但在stage-2有序系统中,有插层离子的夹层间距c1(d)相对于stage-1有序系统的夹层间距c0(d)额外膨胀,而与之对应的无插层离子的夹层间距c2(d)被压缩.这种额外膨胀和压缩有一定的互补关系.阶梯化对TiS2夹层中的原子结构也有显著影响.stage-2有序Li1/2TiS2系统的形成能明显高于stage-1有序Li1/2TiS2系统,表明后者更稳定.这与已报道的实验结果一致.stage-2有序Li1/4TiS2系统的形成能低于stage-1有序Li1/4TiS2系统,预言了一种新的有序结构.

压力对有序Li_xTiS_2电子性质的影响

采用基于密度泛函理论的局域密度近似(LDA),计算了压力对LixTiS2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的晶格结构和电子结构的影响。研究发现,对于同一Li含量的LixTiS2,随着压力的增大,LixTiS2的晶格参数有规律的减小,插层化合物中Li的含量越高,材料越难被压缩;在压强等于1 GPa左右时各体系的总能量达到最小值。各体系的费米能级随着压力的增大而降低;各原子的电子能态密度产生了漂移,压力还导致了S原子和Ti原子p-d杂化减弱。Li原子和S原子的共价相互作用得到了增强。

插层化合物Li_xTiS_2中Li离子-空位二维有序结构稳定性的第一性原理研究

根据局域密度近似下的密度泛函理论,用第一性原理方法对TiS2,LiTiS2和LixTiS2(x=1/4,1/3,1/2,2/3,3/4)有序系统进行了几何优化和总能量计算.将计算结果与已有的实验和理论结果进行了对比,得到的归一化结构参量增量Δa0和Δc0随离子浓度单调地增加,与实验结果符合较好.LixTiS2(x=1/4,1/3,1/2,2/3,3/4)有序结构的形成能均小于零,表明这些结构的稳定性.具有3a0×a0有序结构的Li1/2TiS2系统的形成能最低、结构最稳定.研究结果表明,对上述系统使用局域密度近似下的密度泛函理论是合理的.