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双空位缺陷双层石墨烯储钠性能的第一性原理研究 被引量:16
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作者 杨绍斌 李思南 +3 位作者 沈丁 唐树伟 孙闻 陈跃辉 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第3期520-529,共10页
采用基于密度泛函理论(DFT)的色散修正方法,研究了Na吸附和嵌入在双空位缺陷(DV)双层石墨烯(BLG)体系中的形成能、电荷转移、电极电势和扩散行为。形成能计算表明,无论单个Na原子在BLG表面吸附还是层间嵌入,均在DV空位中心处更稳定。电... 采用基于密度泛函理论(DFT)的色散修正方法,研究了Na吸附和嵌入在双空位缺陷(DV)双层石墨烯(BLG)体系中的形成能、电荷转移、电极电势和扩散行为。形成能计算表明,无论单个Na原子在BLG表面吸附还是层间嵌入,均在DV空位中心处更稳定。电荷密度分布和Bader电荷计算表明Na与BLG的结合方式表现出离子性。Na嵌入DV缺陷BLG层间,缺陷浓度增加使BLG由AB堆垛向AA堆垛转变过程推迟;使Na在DV缺陷BLG的表面和层间能够稳定储钠的容量之和增至262.75 mAh?g^(-1),对应浓度Na与C摩尔比为2:17,储钠浓度继续增加,Na在BLG表面吸附容易产生枝晶或团簇。当层间嵌入Na原子时,表面Na原子向DV缺陷中心方向扩散能垒减小、表面Na原子沿相反方向的扩散能垒增加,DV缺陷的存在提高了BLG表面捕获Na的能力。 展开更多
关键词 双层石墨烯 缺陷 容量 密度泛函理论 扩散
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双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究 被引量:10
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作者 杨绍斌 李思南 +3 位作者 唐树伟 沈丁 孙闻 董伟 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1093-1099,共7页
基于密度泛函的第一性原理方法,研究了Li、Na、K和Rb碱金属原子吸附在双层石墨烯(BLG)表面的吸附能、迁移行为、电子性能.研究发现,Li和Na原子在BLG表面吸附易形成团簇,K和Rb原子能够分散吸附.碱金属原子在BLG表面的扩散能垒随原子半径... 基于密度泛函的第一性原理方法,研究了Li、Na、K和Rb碱金属原子吸附在双层石墨烯(BLG)表面的吸附能、迁移行为、电子性能.研究发现,Li和Na原子在BLG表面吸附易形成团簇,K和Rb原子能够分散吸附.碱金属原子在BLG表面的扩散能垒随原子半径的增加而减小.碱金属原子吸附使电子部分转移至BLG,使体系Fermi能级贯穿导带,表现出金属性.电荷密度差和电荷转移的分析表明,Li、Na、K和Rb与BLG表面以离子键结合. 展开更多
关键词 双层石墨烯 碱金属 吸附能 电子结构 密度泛理论
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Si-Li合金嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算 被引量:5
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作者 沈丁 杨绍斌 +2 位作者 孙闻 李思南 唐树伟 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2017年第1期149-154,共6页
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成Li_xSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能.计算结果表明,随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金体系总量能逐渐降... 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成Li_xSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能.计算结果表明,随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金体系总量能逐渐降低,Li_xSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性.Li_xSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,Li_xSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强.随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明Li_xSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏. 展开更多
关键词 锂离子电池 Si—Li合金相 嵌锂性能 弹性性能 第一性原理
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石墨嵌锂的结构转变和弹性性质计算研究 被引量:4
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作者 沈丁 孙闻 +3 位作者 李思南 董伟 杨绍斌 唐树伟 《原子与分子物理学报》 北大核心 2017年第2期350-356,共7页
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池石墨负极在嵌Li过程中形成石墨嵌层化合物Li_xC_6(0≤x≤1)的形成能、嵌锂平台、晶体结构、电子结构和弹性性质的变化规律.结果表明,随着嵌Li量x增加,Li_xC_6的体系总... 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池石墨负极在嵌Li过程中形成石墨嵌层化合物Li_xC_6(0≤x≤1)的形成能、嵌锂平台、晶体结构、电子结构和弹性性质的变化规律.结果表明,随着嵌Li量x增加,Li_xC_6的体系总量能逐渐降低,形成能逐渐增大,嵌Li反应逐渐变得困难;计算得到石墨的嵌Li电位逐渐降低,这与实验测得的充放电曲线具有良好的一致性.石墨嵌Li导致碳层发生滑移,晶胞体积逐渐增大,当x为1时晶胞体积增大约12.75%.随着x增加,Li_xC_6的费米能态密度几乎呈现增大趋势,有利于增强电子导电性.随着x增加,平行于碳平面的杨氏模量Ea和Eb都呈现小幅下降趋势,而垂直于碳平面的杨氏模量Ec呈现大幅度增加趋势,导致石墨刚性逐渐增大,结构稳定性变差. 展开更多
关键词 锂离子电池 石墨 结构转变 弹性性质 第一性原理
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第一性原理在锂离子电池负极材料方面的应用研究 被引量:2
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作者 杨绍斌 李犇 唐树伟 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第15期62-66,78,共6页
综述了第一性原理在计算锂离子电池负极材料方面的基本方法和应用,以及第一性原理在计算材料学方面的优势;重点介绍了应用第一性原理计算所取得的成果和最新研究进展,主要包括负极材料的体系能量、质量比容量、平均嵌锂电位、嵌锂形成... 综述了第一性原理在计算锂离子电池负极材料方面的基本方法和应用,以及第一性原理在计算材料学方面的优势;重点介绍了应用第一性原理计算所取得的成果和最新研究进展,主要包括负极材料的体系能量、质量比容量、平均嵌锂电位、嵌锂形成能、体积变化等物理性质以及由它们扩展出的各种电化学参量之间的对应关系,从微观角度上阐述了电极材料的电子结构与电化学性能之间的联系;同时,也指出了此研究领域的欠缺之处以及在今后需要改进的地方。 展开更多
关键词 锂离子电池 负极材料 密度泛函理论 第一性原理
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Na在XC_3(X=B,N,P)掺杂石墨烯表面吸附与扩散行为的第一性原理研究 被引量:2
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作者 杨绍斌 单学颖 +3 位作者 李思南 唐树伟 沈丁 孙闻 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1640-1645,共6页
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Na在本征石墨烯(PG)和掺杂单层石墨烯(BC_3、NC_3、PC_3)表面的吸附结构、电子性质和扩散行为进行了详细的理论计算。结果表明,由于磷掺杂体系(PC_3)P-C键剧烈变化,PG中原有的平面结构消失... 采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Na在本征石墨烯(PG)和掺杂单层石墨烯(BC_3、NC_3、PC_3)表面的吸附结构、电子性质和扩散行为进行了详细的理论计算。结果表明,由于磷掺杂体系(PC_3)P-C键剧烈变化,PG中原有的平面结构消失;而硼、氮掺杂(BC_3和NC_3)对PG结构的影响很小,B-C键和N-C键变化不显著,BC_3和NC_3仍然能维持PG的平面结构,并且没有正反面之分。电子结构计算表明,PG、BC_3和NC_3体系分别呈现半金属、p型掺杂和n型掺杂特征,而PC_3表现出金属性;然而,在Na吸附后所有的材料都表现出金属性。进一步的吸附能计算发现磷、硼掺杂(PC_3和BC_3)能够有效改善石墨烯的储Na容量,从扩散机制的研究发现,Na在PC_3掺杂体系表面的扩散能垒较小,仅为0.081 5 eV,有利于Na在PC_3掺杂石墨烯表面的传输和扩散,是一种潜在的钠离子电池负极材料。 展开更多
关键词 掺杂石墨烯 钠吸附 导电性 扩散
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羟基化平板孔中水合钠离子去溶剂化的第一性原理计算
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作者 杨绍斌 刘雪丽 +1 位作者 张旭 唐树伟 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期38-42,共5页
本实验采用第一性原理计算,研究了水合钠离子([Na(H_(2)O)]^(+))在羟基化平板孔中的去溶剂化行为及去溶剂化后的离子与羟基化平板孔之间相互作用的电子性质。结果表明,[Na(H_(2)O)]^(+)在羟基化的平板孔中发生完全去溶剂化及部分去溶剂... 本实验采用第一性原理计算,研究了水合钠离子([Na(H_(2)O)]^(+))在羟基化平板孔中的去溶剂化行为及去溶剂化后的离子与羟基化平板孔之间相互作用的电子性质。结果表明,[Na(H_(2)O)]^(+)在羟基化的平板孔中发生完全去溶剂化及部分去溶剂化的孔径尺寸均增大,其中,完全去溶剂化的孔径尺寸为4.6A,部分去溶剂化的孔径尺寸范围为4.6~4.8A。发生去溶剂化后的孔径尺寸增大后,在孔内所容纳的去溶剂化离子越多,超级电容器的电容量也会越大。对[Na(H_(2)O)]^(+)在羟基化平板孔及平板孔中的扩散性能进行计算,发现羟基的存在并没有阻碍[Na(H_(2)O)]^(+)的扩散。对去溶剂化后的Na^(+)嵌入羟基化平板孔后结构的态密度(DOS)、电子局域化函数(ELF)及电荷差分密度分析表明,去溶剂化后的Na^(+)主要与羟基化平板孔内羟基的氧原子作用而不是与平板孔基面内的碳原子作用。 展开更多
关键词 去溶剂化 羟基化平板孔 水合钠离子 第一性原理计算
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