第一性原理研究锂修饰的类石墨烯碳氮纳米结构的储氢性能

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了锂修饰的类石墨烯碳氮纳米结构的储氢性能.结果表明该体系是一种理想的储氢材料,锂原子通过向衬底转移电荷而带正电,通过静电场的极化作用,每个锂原子可以吸附3个氢分子,其储氢的质量比可达11.5 wt%.氢分子的平均吸附能比较理想,可以实现在室温下可逆的储氢和放氢.

Fe团簇在Fe(110)表面上扩散和结构稳定性的分子动力学研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法研究了Fe的小团簇(小于10个原子)在Fe(110)表面上的结构稳定性和扩散特性.计算结果表明体心立方结构的Fe表面,四原子和七原子团簇有较高的转变能和扩散势垒,说明这两种团簇比其他原子团簇更稳定和容易观测到.这两种团簇可能是薄膜生长过程中的临界晶核.研究了三聚体的旋转扩散和团簇扩散过程中二聚体剪切机制,发现二聚体扩散可能是Fe的小团簇在Fe(110)表面扩散的一种重要扩散方式.

氧族元素对D-A和D-π-A共聚物光吸收谱红移的第一性原理研究

D-A型共聚物作为有机聚合物太阳能电池的电子给体材料近年来引起广泛关注.本文以苯并二噻吩(BDT)为电子给体单元,苯并噻二唑(BT)为电子受体单元来模拟D-A共聚体;并用噻吩环作为π桥,构造出D-π-A(PBDT-DTBX,X=O,S,Se,Te)结构.采用第一性原理的密度泛函理论,系统地计算相应的电子结构和光吸收谱.比较不同氧族元素和噻吩π-键桥对聚合物光吸收谱的影响.研究结果表明:D-A共聚体中当X位元素以O,S,Se,Te替换时,其体系的最高占有分子轨道(HOMO)能级变化不大,最低未占有分子轨道(LUMO)能级逐渐靠近费米能级,带隙逐渐减小.在可见光区有两个较强的吸收峰,随着X位元素原子序数增大,位于4.0 eV左右的光吸收峰位基本不变,另一光吸收峰强度明显增大并发生红移.与D-A结构相比,D-π-A结构的带隙均有所减小,其中X为Te时带隙最小;光吸收峰强度随着氧族元素原子序数的增大也明显增大并发生红移.通过比较光吸收系数和相应态密度,结果表明,4.0 eV左右的光吸收峰主要是BDT单元的贡献,氧族元素的改变主要影响519.4—703.9 nm范围的光吸收.

具有高短路电流特性的D-A共聚物给体材料的理论研究

针对目前本体异质结有机太阳能电池活性层使用的给-受体(D-A)共聚物,研究对D-A给体材料的选取是设计高效有机太阳能电池的关键问题。本文分别选取了10种D单元和A单元,采用第一性原理密度泛函方法,研究了D、A单元及其相应共聚物结构和能隙的变化。结果表明:噻吩环稠合时噻吩环的个数、噻吩环与苯环稠合时苯环的个数都可以有效地调制能隙的大小;同时结构中噻吩环上S原子的位置对带隙也有一定影响。在此基础上,选取噻吩并[3,4-b]噻吩D2、双噻吩锗D6和吡咯并吡咯二酮A4为单体的三种带隙值较小的聚合物,研究了三种高短路电流给体材料P_1(PDTG-PT)、P_2(PNTz4T)、P_3(DPPTT-T)的电子结构特性。通过分析其分子链构象、Bader电荷转移和形成能,表明它们是高短路电流有机太阳能电池D-A型给体材料的理想选择。本研究为设计高短路电流有机太阳能电池D-A型给体材料提供了有价值的指导。

晶粒细化对MgB_2超导临界电流密度的作用

在多晶系统的MgB2超导体中存在晶粒间较小的整体电流和晶粒内大的局域电流.用改变升温速率的方法制备了不同晶粒大小和晶粒连接性的MgB2样品,并对它们的晶粒大小进行了统计.采用一种测量超导临界电流密度的Campbell法,分别测量和计算得到了它们的整体电流和局域电流密度.研究表明:长时间的烧结造成晶粒变大,材料有较大的整体临界电流密度,而短时间烧结的样品则相反;同时发现晶粒细化只提高了样品的局域临界电流密度,而且样品内部缺陷、杂质及晶界等因素是影响MgB2超导体整体电流传输的主要因素.