新型材料中能量存儲和光電轉(zhuǎn)化的第一性原理研究.pdf

1、二氧化鈦納米管是一種極具潛力的可充電鋰離子電池的負(fù)極材料。我們采用密度泛函理論針對鋰離子在二氧化鈦納米管的嵌入位點(diǎn)及擴(kuò)散性質(zhì)這兩個關(guān)鍵問題進(jìn)行了理論研究。同時氧空位是改善材料性質(zhì)的一種有效的方法，特別是在目前二氧化鈦納米管的合成工藝中還無法完全消除的情況下。電子結(jié)構(gòu)計算表明不論氧空位缺陷是否存在鋰離子都可以穩(wěn)定吸附在管子的內(nèi)外表面。氧空位對鋰離子擴(kuò)散影響的系統(tǒng)研究表明，二配位的氧缺陷對鋰離子的擴(kuò)散有積極的影響，最穩(wěn)定擴(kuò)散路徑的能壘從0.

2、8 eV左右減小到0.5 eV左右。相比而言，一維銳鈦礦納米管的鋰離子的擴(kuò)散比體相銳鈦礦(0.623 eV)和其他材料納米管(＞1.8 eV)更有優(yōu)勢。
　　本文運(yùn)用從頭算的非絕熱動力學(xué)方法，研究了Au25團(tuán)簇和Pyrene染料分子之間的電子轉(zhuǎn)移和能量弛豫過程。絕熱和非絕熱機(jī)理共同作用于電子轉(zhuǎn)移過程。其中絕熱機(jī)理占主導(dǎo)，絕熱電子態(tài)的占據(jù)數(shù)與電子局域隨時間的演化反映了電子轉(zhuǎn)移的機(jī)理，其電子轉(zhuǎn)移的時間常數(shù)為140 fs。我們同樣模擬得

3、到了Pyrene的光激發(fā)態(tài)能量弛豫時間為17.5 ps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子轉(zhuǎn)移的時間尺度，充分說明了熒光的猝滅是來源于Au到pyrene之間快速的電子轉(zhuǎn)移，pyrene躍遷產(chǎn)生的空穴會被Au能級上的電子快速填滿，阻止了熒光的產(chǎn)生。我們的結(jié)果很好的解釋了實(shí)驗現(xiàn)象，并提供了其中關(guān)鍵的機(jī)理。應(yīng)用第一性原理計算的方法，對二氧化鈦納米管和金納米團(tuán)簇進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為這兩種納米材料作為新型能量存儲材料和新型光電轉(zhuǎn)換材料提供了相應(yīng)的機(jī)制和理性設(shè)計的思路。