摘要：钙钛矿结构氧化物的空位缺陷调控工程在催化和太阳能电池等领域被广泛研究应用,本文进一步拓展了钙钛矿材料空位缺陷工程在储能领域的应用.使用钙钛矿Sr_(x)VO_(3-δ)材料为研究材料,通过调控溶胶燃烧过程中Sr/V化学计量比和还原温度,精确控制样品中的Sr阳离子和O阴离子的空位浓度,并且保持了Sr_(x)VO_(3-δ)材料的钙钛矿结构.电化学研究结果表明,通过提高Sr阳离子和O阴离子空位缺陷浓度,Sr_(x)VO_(3-δ)电极比容量和倍率性能显著提升.其中,Sr空位缺陷的引入为锂离子提供了额外储锂位点和扩散通道,而O空位缺陷的引入则显著提升了Sr_(x)VO_(3-δ)电极的电导率和锂离子扩散系数.因此,空位缺陷工程为钙钛矿结构储能材料电化学性能的提升和设计提供了新思路.

摘要：MoTe_(2)由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究,特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数-密度泛函理论,通过第一性原理计算方法,研究了不同原子空位缺陷对单层2H-MoTe_(2)光电效应的影响。结果表明:不同空位缺陷下2H-MoTe_(2)器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时,2Te空位缺陷对单层2H-MoTe_(2)的光电流有显著提升,特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2H-MoTe_(2)的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移,减小了带隙,在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2H-MoTe_(2)在远离费米能级处具有相似的能带结构,从而导致在光子能量大于1.6 eV时,1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe_(2)光电器件的设计。

摘要：为解决氮化镓芯片散热问题,采用非平衡分子动力学法,研究工作温度、界面尺寸、缺陷率及缺陷类型对氮化镓/石墨烯/金刚石异质界面热导的影响,通过计算声子态密度和声子参与率,分析界面热传导机理.研究发现,在100—500 K范围内,温度升高使界面热导增大2.1倍,重叠因子随温度增加而增加,界面间声子耦合程度增强,界面热导相应增大.当氮化镓层数从10层增加到26层时,界面热导降低75%,分析认为是界面声子耦合程度下降导致.另外,添加5层石墨烯会导致界面热导降低74%,分析认为是声子局域化程度加重造成;当缺陷率从0增大到10%时,金刚石碳原子缺陷使界面热导提高40%,缺陷散射增加低频声子数量,改善界面热传导;但镓、氮和石墨烯碳原子缺陷会加重声子局域化程度,均导致界面热导降低.研究结果有助于提升氮化镓芯片散热性能,同时对高可靠性氮化镓器件设计具有指导意义。

摘要：采用密度泛函理论(DFT)研究了杂原子M(M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca,C和Si)在B/N单空位缺陷处的掺杂对(6,0)BN纳米管体系非线性光学性质的影响.采用B3LYP方法共得到了14种几何构型,并采用BHandHLYP方法计算了这些结构的第一超极化率β0值.研究结果表明,单纯的B或N缺陷几乎不影响BN纳米管体系的非线性光学性质;与B缺陷处掺杂的体系相比,杂原子在N缺陷处的掺杂更有利于提高BN纳米管体系的第一超极化率β0值;对于同周期掺杂原子,还原性越强的原子掺杂对BN纳米管体系的第一超极化率β0值的改善越明显,表现为β0(Ⅰ族)>β0(Ⅱ族)>β0(Ⅳ族);对比同主族掺杂原子,第三周期元素Na和Mg的掺杂能更有效地提高体系的第一超极化率β0值,原因主要在于原子半径和还原性等因素共同决定其对BN纳米管体系第一超极化率β0值的改善程度.本文研究结果为有效提高BN纳米管体系的非线性光学性质提供了一种新思路,为基于BN纳米管的非线性光学材料设计提供了有价值的理论信息.

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,考察了Mg空位缺陷对MgH2体系解氢性能的影响及微观机理。结果表明:Mg空位缺陷的出现使MgH2晶胞发生收缩,晶格产生畸变,且极大地降低了体系的结构稳定性,显著提高了体系的解氢动力学;电子结构分析表明:Mg空位缺陷改善MgH2体系解氢性能的微观机理在于体系在费米能级以下成键电子数的减少以及费米能级附近能隙的变窄。

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研究了含空位和杂质缺陷的LiFePO_4电子结构,通过能带、态密度、布居分布分析,阐明缺陷及阴离子掺杂对材料电化学性能的影响,为LiFePO_4的结构设计和实验研究提供理论基础。结果表明,Li、Fe和O空位型缺陷对LiFePO_4的带型变化影响较小,禁带中无新的导带,禁带宽度有一定程度缩小,有利于电子的传导,但总能量上升,造成结构的不稳定性,在实际高温制备过程中,可能产生少量杂相,影响LiFePO_4正极材料的电化学性能;P空位缺陷对LiFePO_4的带型影响同样较小,但在禁带中产生了两条新的导带,禁带宽度明显变窄,有利于电子的传导,虽然总能量上升,造成结构的不稳定性,但在实际高温制备过程中,可能产生微量有利于电化学性能的杂相;F掺杂LiFePO_4的带型出现了明显的变化,半导体类型由p型转变为n型,极大地促进了电子的导电性,总能量下降,结构稳定,对LiFePO_4正极材料的电化学性能有正面的影响。

摘要：缺陷是半导体领域中最核心的问题.采用含时密度泛函方法,模拟了S原子脱离MoS_(2)晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为,发现该过程中存在显著的非绝热效应.非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷.随着S原子的初始动能增大,其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大,并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长.这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的.非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布,以及晶格中缺陷附近的电荷分布.此外,还发现该过程中自旋轨道耦合十分重要,必须被考虑.本文阐明了MoS_(2)中S原子空位的形成机制,尤其是电子非绝热动力学的重要作用,为进一步研究缺陷对材料物理性质的调控提供了理论基础.

摘要：为了探究氮化镓/石墨烯/碳化硅异质界面热输运特性,采用非平衡分子动力学方法从温度、尺寸以及空位缺陷三个方面研究其对界面热导的影响,通过声子态密度和声子参与率对界面热导的变化进一步阐述分析.研究表明:温度升高使界面热导增大,分析认为随着温度升高晶格振动加剧,低频声子态密度变大,参与热输运声子数量增加;其中单层石墨烯层结构界面热导的改变要高于多层石墨烯结构的界面热导.当热输运方向的结构尺寸变化时,同时改变氮化镓和碳化硅的层数,界面热导无明显变化,界面热输运声子散射几乎不受影响;但中间石墨烯层从1层增加至5层时,界面热导率先减小后缓慢增大,由于在4层时低频声子参与率变小,更多的声子局域化,不参与传热声子数量更多,故界面热导到达最小值0.021 GW/(m^(2)·K).随空位缺陷浓度增加界面热导先逐步增大后减小,区别在于单空位缺陷在浓度为10%时,界面热导达到最大值0.064 GW/(m^(2)·K);而双空位缺陷在浓度为12%时,界面热导率达到最大值0.065 GW/(m^(2)·K),分析认为更多的声子从局域进入离域,参与该传热声子较多,导致界面热导增大.研究结果有助于调控氮化镓器件的热输运性能,可以为异质界面器件的设计提供理论依据.

摘要：空穴传输层与钙钛矿吸光层形成的异质结界面处的能带排列以及点缺陷的存在是影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率的2个重要因素.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿/NiO异质结的结构和性质,探讨了异质结中的点缺陷、价带和导带的能级排列、碱金属K掺杂钙钛矿层和过渡金属Zn掺杂NiO层对电子-空穴的分离与输运的影响.计算的晶格失配度和结合能表明MAPbI_(3)和MASnI_(3)的(001)面与NiO(100)面能够形成稳定的异质结,且形成NiO/PbI_(2)和NiO/SnI_(2)异质结的可能性更大.形成异质结后钙钛矿层中的绝大多数空位缺陷形成能都有所降低,说明缺陷在异质结的界面处更容易形成.异质结中的主要缺陷是在富碘条件下产生的VPb,VSn和VMA,这些缺陷对异质结中空穴的分离和传输十分不利,建议在富铅条件下构建NiO/MAPbI_(3)和NiO/MASnI_(3)异质结.用碱金属K原子对异质结的钙钛矿层进行掺杂,可以使钙钛矿层和空穴传输层有更匹配的能带排列,提高NiO/PbI_(2)和NiO/SnI_(2)异质结的空穴分离和运输效率,降低载流子的复合.对异质结中NiO层进行Zn取代掺杂能够使NiO/PbI_(2)和NiO/SnI_(2)异质结获得更合适的价带偏移(VBO),有利于空穴的分离和传输,提高电池的光电转换性能.本研究可为新型高效钙钛矿太阳能电池的设计开发提供理论指导.