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基于密度泛函理论的WO3氢还原特性
摘要： 密度泛函理论（DFT）中的第一性原理被用于研究氢在WO3(001)面O端和WO端表面的吸附行为。从微观结构角度探究了这两种端基表面的结构特征及氢吸附特性。结果表明：富氧的O端表面能量高于贫氧的WO端表面。当氢分子与表面原子间距为0.6-0.8?时发生化学吸附，间距大于0.8?时则发生物理吸附。氢在O端表面的吸附能低于WO端表面，且化学吸附比物理吸附更易发生。此外，氢在O端表面O1c位的吸附能低于同表面O2c位。氢的吸附不仅改变了WO3表面结构，促使传导电子跃迁至价带并导致能量下降，还使部分氧原子2p轨道电子跃迁至钨原子5p轨道。
关键词： 氢吸附，第一性原理，态密度，还原，三氧化钨
更新于2025-09-23 15:23:52
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在CALPHAD模型中运用第一性原理计算确定二元PbSe半导体的载流子浓度
摘要： PbSe是一种极具潜力的热电材料，通过纳米结构化、能带工程和载流子浓度调控可进一步提升其性能，因此深入理解PbSe中的缺陷至关重要。我们采用稀溶液近似下的第一性原理计算方法，系统研究了PbSe中点缺陷的形成能。研究发现：在富铅条件下，PbSe表现为以双电荷态硒空位为主导的n型半导体；而在富硒条件下，则呈现以双电荷态铅空位为主导的p型半导体特性——这两项结论均与既有实验结果相符。通过强制系统内所有带电原子态与电子态满足电中性条件，我们获得了温度及化学势相关的费米能级与载流子浓度分布。虽然第一性原理预测的载流子浓度与实验定性一致，但在数量级上存在微小偏差。为更精准描述实验数据，我们对PbSe开展了CALPHAD评估：将第一性原理参数作为输入值，专门针对二元半导体开发的五亚晶格CALPHAD模型（区别于既往将PbSe视为化学计量化合物的处理方式），该模型能准确描述实验观测的载流子浓度。此外还建立了适用于多元数据库的双亚晶格模型。两个模型均与实验数据高度吻合，且与第一性原理计算结果紧密匹配。这些CALPHAD模型可用于确定能实现最佳载流子浓度及峰值zT值的工艺参数。
关键词： CALPHAD，第一性原理，DFT，缺陷化学，热电材料
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于实验与第一性原理研究的海胆状六方相WO3对NO2和H2的传感性能
摘要： 通过简易水热法合成了一种结构复杂、形似海胆的六方相WO3纳米材料。经X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）验证其成分、物相纯度及表面形貌后，所制备传感器的检测性能展现出对NO2相较于H2更优异的响应特性与选择性。该海胆状结构的形成归因于硫酸钾的封端效应促进了WO3的各向异性生长，从而形成具有大表体比的多级复合结构。特别地，第一性原理计算为我们从原子层面探究H2和NO2的传感过程提供了新视角，发现传感性能主要源于吸附气体与敏化表面间电子结构的调控、电子转移以及电荷重分布。最终提出合理机理，为实验上实现高性能传感器提供理论指导。
关键词： 气体传感、表面反应、第一性原理、三氧化钨
更新于2025-09-23 15:23:52
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Eu2?与M（M = Mn2?、Mg2?、Li?）共掺杂γ-AlON荧光粉的电子结构与光学性质第一性原理研究
摘要： 在我们近期的研究中，发现γ-AlON:Eu2+荧光粉在白光发光二极管（LED）应用方面具有潜力。为深入理解Eu2+–M（M = Mn2+, Mg2+, Li+）共掺杂γ-AlON，我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了γ-AlON:Eu2+–M（M = Mn2+, Mg2+, Li+）荧光粉的晶体结构及电子和光致发光特性。结合实验与计算结果，我们确定了Eu2+–M（M = Mn2+, Mg2+, Li+）共掺杂γ-AlON的结构。计算结果表明，Eu2+和M（= Mn2+, Mg2+, Li+）能有效提升γ-AlON:Eu2+对紫外光的吸收能力。其中AlON:Eu2+–Li+在275–415纳米紫外蓝光区的吸收系数达到67,266 cm–1，而相同掺杂浓度下AlON:Eu2+–Mn2+和AlON:Eu2+–Mg2+的吸收系数分别为51,219和60,575 cm–1。因此计算显示AlON:Eu2+–Li+的性能优于AlON:Eu2+–M（M = Mn2+, Mg2+）。
关键词： γ-AlON，第一性原理，电子结构，光学性质
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于材料基因组方法的功能材料高通量设计
摘要： 高通量计算材料设计为加速功能材料的发现与开发提供了一种高效解决方案。其核心理念是构建大型量子材料数据库，并通过高通量方式借助合适的材料描述符筛选具有目标性能的材料，这与材料基因组方法的思路一致。本文综述了采用高通量计算材料设计方法发现和开发新型功能材料的最新进展，重点探讨高通量筛选流程的合理化设计及适用材料描述符的开发，聚焦于纳米电子学各类工业应用中功能材料的电学与磁学特性。
关键词： 第一性原理、高通量、功能材料、材料基因组
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过萤石亚晶格的等价掺杂
摘要： 钛酸铋（Bi4Ti3O12，简称BiT）是一种复杂的层状铁电材料，由三个类钙钛矿单元和一个类萤石单元沿横向交替堆叠构成。其基态晶体结构为单斜晶系，自发极化强度约50 μC/cm2且沿面内方向分布。BiT薄膜通常沿c轴方向生长，使极化矢量与生长取向对齐有利于多种潜在器件应用。众所周知，铁电材料的合理掺杂是调控自发极化强度和取向的有效手段。本研究通过第一性原理密度泛函理论和详细声子分析表明：相比类钙钛矿层，类萤石层中的铋原子对自发极化矢量的强度和取向具有更显著影响。低能硬声子模式特征表现为类萤石层发生横向位移及铋原子玻恩有效电荷的显著变化。因此，类萤石层中铋位点的掺杂会破坏对称性，导致横向方向形成未抵消的永久偶极矩，这为类萤石层铋位点掺杂提供了可能。我们研究了等价掺杂元素P、As和Sb，发现磷最能有效重定向自发极化——使极化强度的面外分量增强三倍，并促使自发极化矢量向横向方向旋转36.2°。
关键词： 声子分析、掺杂、铁电性、Bi4Ti3O12、第一性原理、极化
更新于2025-09-23 15:23:52
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Au2Cl6掺杂对石墨烯稳定性和功函数的影响
摘要： 基于密度泛函理论的第一性原理方法被用于研究掺杂Au2Cl6的双层石墨烯的功函数和稳定性。结果表明，与常见的表面掺杂方法类似，Au2Cl6层间掺杂显著提高了石墨烯的功函数并成功获得了p型石墨烯。此外，通过层间掺杂获得的p型石墨烯比表面掺杂具有更好的稳定性?？悸堑轿榷ㄐ圆钍潜砻娌粼觩型石墨烯实际应用中面临的主要问题，本研究表明Au2Cl6的层间掺杂是一种有前景的p型石墨烯制备方法。
关键词： 第一性原理，石墨烯，Au2Cl6分子，功函数
更新于2025-09-23 15:23:52
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一种绿色简便的rGO/Ag纳米复合材料合成方法：室温下一步化学共还原路线及结合第一性原理理论分析
摘要： 近期，研究者将石墨烯与铂、金、银、二氧化钛和四氧化三铁等多种无机纳米颗粒复合，其中银基纳米复合材料在电子学、光学、电化学及催化领域展现出应用潜力。然而现有银纳米颗粒/碳基质杂化材料的制备技术需繁琐的多步流程，常涉及有毒还原剂或高温条件，难以实现规?；１狙芯勘ǖ懒艘恢旨虮?、一步法且环境友好的化学共还原策略：在常温条件下通过二氧化硫脲（TD）同时还原氧化石墨烯（GO）与银离子，成功制备出银纳米颗粒锚定于还原氧化石墨烯（rGO）表面的新型纳米复合材料，并结合第一性原理理论分析其界面吸附行为。实验表明该体系无需额外还原剂，TD水解产物在水介质中的协同效应促使GO完全还原为rGO，同时形成粒径6~7纳米且均匀分散的银纳米颗粒负载于rGO片层表面。理论与实验结果共同证实该方法可推广至其他金属在rGO表面的合成，能有效改善rGO与金属的润湿性及界面结合强度，在医药、工业及技术领域具有广阔应用前景。
关键词： 原位共还原、绿色还原石墨烯/银纳米复合材料、界面行为、第一性原理、二氧化硫脲
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于第一性原理的介电材料反演设计方法
摘要： 第一性原理是计算材料性能的有效方法?；诘谝恍栽淼慕榈绮牧夏嫦蛏杓扑悸繁惶岢觥Ｔ谡庵植牧仙杓扑枷胫?，材料特定的介电性能需求是整个设计过程的起点。通过基于第一性原理的逆向模型求解材料的原子结构特征。并讨论了需要研究的关键问题：电磁场与光场的量子化结构、介电材料的量子化极化理论、介电性能的统一计算方法以及介电材料逆向模型。
关键词： 电介质材料，第一性原理，介电性能，逆向设计
更新于2025-09-23 15:23:52
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二维电介质上的电润湿：量子分子动力学研究
摘要： 介电润湿（EWOD）通过施加电场来广泛操控导电液体在介电表面的铺展行为。二维疏水介电材料是EWOD应用的有前景候选材料。本研究采用大规模量子分子动力学（MD）模拟，探究了盐水在六方氮化硼（h-BN）单层膜上的电润湿行为。研究发现：盐离子的近程吸附及界面水偶极矩随外加电场的协同重排是该电润湿现象的物理起源。在低盐浓度和弱电场条件下，近程吸附与偶极重排过程遵循电场方向，水接触角余弦值（WCA）与外加电场呈二次方依赖关系；而在高盐浓度和强电场条件下，近程吸附趋于饱和会限制后续偶极重排，导致接触角出现饱和现象。本案例研究为宏观电润湿现象中存在争议的接触角饱和（CAS）机制提供了物理层面的深入见解，同时也为原子尺度电润湿的进一步研究开辟了新途径。
关键词： 六方氮化硼单层膜、接触角饱和、介质上电润湿、第一性原理
更新于2025-09-23 15:23:52