BiF3的離子摻雜改性及其表面吸附石墨烯的第一性原理研究.pdf

1、本論文的計(jì)算采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法。首先，研究了S摻雜BiF3，考慮了帶電缺陷和中性兩種情況，通過(guò)形成能的計(jì)算，獲得S摻雜BiF3時(shí)最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分析了不同濃度S摻雜對(duì)BiF3晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。然后分析了Sn摻雜BiF3時(shí)的摻雜缺陷，通過(guò)形成能的計(jì)算，確定Sn摻雜BiF3最穩(wěn)定的摻雜缺陷結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上研究了Sn摻雜對(duì)BiF3晶體結(jié)構(gòu)、磁性、電子結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，最后研究了BiF3(

2、111)表面吸附石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及相關(guān)物理機(jī)制，討論了Al在BiF3(111)表面與石墨烯的作用機(jī)制，其具體內(nèi)容如下：
　　(1)考慮S摻雜對(duì)BiF3的影響：首先，在考慮了帶電缺陷及兩種F空位影響的情況下，通過(guò)形成能的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在電荷中性的條件下，S替換F且無(wú)F空位形成的點(diǎn)h8處的形成能最低。然后，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)合能的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)隨著S摻雜濃度的增加，BiF3體積逐漸膨脹，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性逐漸降低。接著，通過(guò)態(tài)密度分析，發(fā)現(xiàn)隨著S摻雜濃

3、度的增加，S摻雜BiF3的總磁矩逐漸增加，并呈現(xiàn)出半金屬性。最后，通過(guò)容量電壓的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)容量隨著摻雜濃度增加而降低，電壓隨著摻雜濃度的增加而增加，并且相較于BiF3的容量電壓均所有提高。
　　(2)考慮Sn摻雜對(duì)BiF3的影響：首先，在考慮了Sn摻雜帶電缺陷及三種典型的缺陷(12-BiV、22-BiV和0FV)影響的情況下，通過(guò)形成能的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在J點(diǎn)處，Sn4+摻雜BiF3最容易形成帶有12-BiV空位缺陷的Sn1/32Bi3

4、0/32F3，此時(shí)J點(diǎn)(△μSn，△μBi，△μF)為(-5.82eV，0，-1.61eV)。然后，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在Sn1/32Bi30/32F3中，Sn和12-BiV周圍的Bi-F鍵鍵長(zhǎng)增加，并且其距離越遠(yuǎn)，影響越小。同時(shí)，晶體體積隨著B(niǎo)i-F鍵的增加而略微膨脹。接著，通過(guò)對(duì)Sn1/32Bi30/32F3的態(tài)密度和Bader電荷分析，發(fā)現(xiàn)Sn4+摻雜并形成12-BiV改善了BiF3的導(dǎo)電性能。此外，Sn和F之間的電荷轉(zhuǎn)移大于Bi和

5、F之間的電荷轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)出更強(qiáng)的離子鍵，同時(shí)，Bi和F之間的電荷轉(zhuǎn)移有所減弱，表明Sn4+摻雜并形成12-BiV構(gòu)削弱了Bi-F之間的離子鍵。最后，通過(guò)平均理論容量和電壓的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)Sn4+摻雜并形成12-BiV使BiF3的電化學(xué)性能得到改善。
　　(3)計(jì)算了BiF3(111)面的表面性質(zhì)及石墨烯在BiF3(111)面及Al修飾表面的吸附機(jī)理。首先，通過(guò)表面能的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)BiF3(111)F終端表面[BiF3(111)-F]比Bi