摘要：采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法系统地计算了正交相Ru2Si3的电子结构、态密度和光学性质,计算结果表明Ru2Si3是一种直接带隙半导体,禁带宽度为0.51eV;其能态密度主要由Ru的4d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;静态介电函数ε1(0)=16.83;折射率n0=4.1025;吸收系数最大峰值为2.8×105cm-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Ru2Si3材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质,为Ru2Si3光电材料的设计与应用提供了理论依据.

摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，在局域密度近似（LDA ）下研究了厚度为0.626～2.711nm （100）面BaHfO3薄膜的电子结构、光学和弹性性质．电子结构和光学性质计算结果表明：以BaO为表面层原子的BaHfO3纳米薄膜均为直接带隙半导体材料，带隙随薄膜厚度减小而逐渐减小，表现出明显的量子尺寸效应，此时薄膜的光学吸收边发生红移，吸收带出现窄化现象．以 HfO2作为表面层原子的BaHfO3薄膜则属于间接带隙半导体材料，且带隙随薄膜厚度减小而微弱增加，弹性性质计算结果表明：体弹模量、剪切模量和杨氏模量等表征材料硬度的力学参数均随BaHfO3纳米薄膜厚度减小而显著减小，呈现尺寸效应．电荷密度分布分析揭示了薄膜厚度改变了BaHfO3纳米薄膜的价键特性，这是材料硬度改变的内在原因。该研究结果为BaHfO3纳米薄膜材料的设计与应用提供了理论依据。

摘要：计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系。所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据。同时,计算结果也为精确监测和控制该类氧化物材料的生长过程提供了可能性。

摘要：密度泛函理论(DFT)计算对掺杂体系新型环境光催化剂设计开发具有指导意义.基于DFT框架下的第一性原理平面波超软赝势方法(USPP),对α、β、γ、δ-Bi2O3晶体几何结构分别进行了优化计算,从理论上得到了Bi2O3的总体态密度(TDOS)和Bi、O原子的分波态密度(PDOS).在此基础上对Bi2O3超晶胞进行Ti(IV)的掺杂计算,讨论了Ti(IV)掺杂对各种Bi2O3的电子结构和光吸收特性的影响.结果表明Ti(IV)掺杂Bi2O3晶体后,Ti(IV)的3d轨道进入禁带并与O2p、Bi6p轨道作用,使禁带宽度(Eg)变小,Bi2O3的吸收边红移,从而有助于Bi2O3光催化活性的改善.通过水热合成法制备的Ti(IV)掺杂Bi2O3样品的紫外-可见光漫反射光谱验证了计算的结果.在光催化降解有机染料结晶紫的实验中,光催化剂活性的改善进一步得到证实.

摘要：采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似(LDA)下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/Si O2界面电子结构及光学性质的影响.电子结构计算结果表明:在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/Si O2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/Si O2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加.光学性质计算结果表明:随着Si纳米层厚度的减小,Si/Si O2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加.可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/Si O2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/Si O2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据.

摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对C掺杂β-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.几何结构和电子结构的计算表明:C掺杂后使得β-FeSi2的晶格常数a和b减少,c变化不大,晶格体积减小;C掺杂后的β-FeSi2能带结构仍为准直接带隙,禁带宽度变窄,直接带隙与间接带隙的能量差值不变,C的掺杂消弱了Fe的3d态电子,费米能级附近的电子态密度主要由Fe的3d态电子贡献.光学性质的计算表明:与未掺杂时相比,介电函数的实部ε1减少,虚部ε2的峰值减少并向高能方向有一微小的偏移,吸收系数有所降低.计算结果为β-FeSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导.

摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi_(2)的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算。结果表明:Sc、Ce掺杂CrSi_(2)的晶格常数增大,带隙变小。本征CrSi_(2)的带隙为0.386 eV,Sc、Ce单掺及共掺CrSi_(2)的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.232 eV、0.198 eV,费米能级均向低能区移动进入价带。由于Sc的3d态电子和Ce的4f态电子的影响,Sc、Ce掺杂的CrSi_(2)在导带下方出现了杂质能级。掺杂后的CrSi_(2)介电函数虚部第一介电峰峰值增加且向低能方向移动,说明Sc、Ce掺杂使得CrSi_(2)在低能区的光跃迁强度增强,Sc-Ce共掺时更明显。Sc、Ce掺杂的CrSi_(2)吸收边在低能方向发生红移,在能量大于21.6 eV特别是在位于31.3 eV的较高能量附近,本征CrSi_(2)几乎不吸收光子,Sc单掺和Sc-Ce共掺CrSi_(2)吸收光子的能力有所增强,并在E=31.3 eV附近形成了第二吸收峰。说明掺杂Sc、Ce改善了CrSi_(2)对红外和较高能区光子的吸收。在小于3.91 eV的低能区掺杂后的CrSi_(2)光电导率增加。在20.01 eV<E<34.21 eV时,本征CrSi_(2)光电导率为零,但Sc、Ce掺杂后的体系不为零,掺杂拓宽了CrSi_(2)的光响应范围。研究结果为CrSi_(2)基光电器件的应用与设计提供了理论依据。

摘要：在广义梯度近似(GGA)和GGA+U(在位库仑势)下,采用第一性原理方法系统地研究了三元过渡金属硼碳化合物YPd3X(X=B,C)的晶体结构、弹性性质、电子结构和成键特性.计算的晶格参数和体弹性模量均与报道的实验结果吻合,而YPd3X(X=B,C)的弹性参数计算值则表明YPd3C的硬度大于YPd3B.根据晶体机械稳定标准得到YPd3B和YPd3C的失稳临界压强分别约为16.5GPa和23GPa.由Pugh经验关系可知YPd3X(X=B,C)均属于韧性材料,且YPd3B的韧性略高于YPd3C.电子能带结构分析表明YPd3B和YPd3C均具有金属特性,且导电能力相当.由态密度和电荷密度分析得知,X与Pd之间形成较强的共价键,而Y与Pd3X之间形成离子键,化学键键能的不同是两种材料的弹性参数存在差异的内在原因.上述的研究结果为YPd3X(X=B,C)的力电材料的设计和应用提供了一定的理论依据.

摘要：在UBP86/TZVP水平上计算了小镍团簇(Nin,n=2～6)的稳定基态结构并用自然键轨道(NBO)和分子中的原子量子理论(QTAIM)分析了这些团簇的电子结构。计算结果表明,Ni团簇基态结构具有较高自旋多重度。QTAIM分析表明镍团簇中Ni-Ni键均为金属键。除Ni2团簇中Ni-Ni键为纯粹的σ键外,其他团簇中Ni-Ni键具有部分π键特征。提出了采用团簇的原子平均离域化指数(δ)来表示团簇的相对稳定性,平均离域化指数与团簇的平均结合能具有较好线性关系。

摘要：缺陷工程被认为是提高光催化剂分解水制氢性能的关键策略之一,然而有关缺陷诱导半导体材料电子结构演变并增强光生载流子传输机制尚不明确.我们通过简单的一步水热合成法成功构建了富含S缺陷的In_(2)S_(3)半导体光催化剂(V_(S)-In_(2)S_(3)),在模拟太阳光辐照下其光催化分解水产氢性能相比传统的In_(2)S_(3)(P-In_(2)S_(3))提升了近一个数量级(达到221.18μmol∙g^(−1)∙h^(−1)).此外,利用自主研发的原位X射线光电子能谱(SI-XPS)结合相关密度泛函理论计算证实:S缺陷可诱导强还原性的低价态In(In^((3−x)+))暴露,进而增强In位点对H_(2)O的吸附和活化能力,因此,S缺陷型In_(2)S_(3)表现出显著增强的光催化析氢活性.此外,可视化观测到H_(2)分子在原位光照下脱质子转化为OH的分解水制氢过程.该研究为缺陷型光催化剂设计及光催化分解水反应机制和过程研究提供了一定的见解.