密度泛函理论

摘要： 为研究团簇Fe4P催化水分子析出氢气的反应活性,以团簇Fe4 P催化析氢的反应机理为依据,运用密度泛函理论并基于前线轨道理论,对优化后得出的8种优化构型,通过讨论其前线轨道图、各构型的HOMO能级与水分子的LUMO能级的差值,发现在吸附反应中构型2(4)与水分子进行同号轨道重叠的可能性最大,且水中氢原子均吸附于团簇Fe4 P的Fe原子上,即表明Fe原子为团簇Fe4 P潜在的催化活性位点.此外,综合团簇Fe4 P两步催化反应的分析结果,发现构型2(2)、3(2)无论是在吸附反应中还是解吸反应中均表现出良好的反应活性,说明构型2(2)、3(2)为团簇Fe4P催化水析出氢气的最优结构模型.

摘要： 研究H—,—O—,F—三种基团在Ti3C2表面的吸附,通过密度泛函理论模拟计算吸附后结构的电子性质和量子电容.结果表明:3个相邻C原子中心处的正上方是最佳吸附位;基团吸附可调制Ti3C2的电子结构;Ti3C2表面吸附H—基团的量子电容提升效果最好,且在负偏压下具有较高的电荷积累能力.

摘要： 采用密度泛函理论(DFT)对单核铑负载的沸石催化剂(Rh1-ZSM-5)上铑活性氧(Rh-oxo)物种与CO和H2O的吸附行为及其催化的乙烷氧化反应进行理论研究.结果表明:CO和H2O可共吸附在Rh-oxo物种形成四配位铑配合物Rh(O)(CO)(H2O);与Rh-oxo物种催化甲烷氧化不同,在乙烷的选择性氧化反应中,羰基化产物丙酸的生成在热力学和动力学上均是不利的,反应产物是以乙醇为主的C2氧化产物.

摘要： 采用密度泛函理论,研究了单个、一层、多层(两层、三层)水分子与Au(100)表面的相互作用,从原子层面上分析Au(100)表面的亲/疏水性质。同时结合分子动力学模拟,分析水滴在金表面的润湿过程,进而从介观层面上揭示金表面的亲/疏水性质。结果表明,单个水分子在Au(100)表面是物理吸附。与单个水分子吸附构型相比,一层水分子吸附构型中存在层内氢键作用,多层水分子吸附构型中存在层内氢键和层间氢键作用。随着水分子层数的增多,多层水分子吸附构型的内层水分子与Au(100)表面原子的平均作用距离呈现逐渐减小的趋势。水滴在金表面的分子动力学模拟结果表明,有机污染会对金表面的润湿性产生较大影响,导致金表面呈现一定的疏水性,而清洁金表面则为亲水性。

摘要： 采用密度泛函理论,研究了铁含量对闪锌矿(110)表面的表面弛豫、电子性质及铜活化的影响。研究结果表明,对于低铁含量的闪锌矿,闪锌矿(110)表面的锌原子和铁原子向表面内部的弛豫均变小,减小了空间位阻;电子态密度及能带结构表明,铁电子活性较强,且无自旋极化,即低铁有利于闪锌矿浮选。对于高铁含量的闪锌矿,其表面的铁原子向内部弛豫较大,增大了空间位阻;电子态密度及能带结构表明铁的活性不高,出现自旋极化,不利于浮选。而闪锌矿(110)表面上铁不易被铜替换,且铁的含量越多越不利于铜的替换。该研究从原子层面上解释了铁含量对闪锌矿(110)表面性质和铜活化的影响,为含铁闪锌矿的浮选提供理论指导。

摘要： 固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)是电池中“最重要也是最不被理解”的部分。可控合成性能优异的SEI是实现高能量密度电池的关键技术之一。但是,由于SEI的形成过程涉及到多个时间和空间尺度,并且涉及到多场耦合,导致SEI结构异常复杂。现有实验表征手段无法精确解析其微观结构和形成机制。近年来,高速发展的多尺度理论模拟,为理解和解析SEI结构提供了强有力的新手段。本文总结了近年来针对SEI研究发展出来的关键模拟技术,重点关注微-介观(<100 nm)尺度的理论模拟方法,特别是可以用于电化学模拟的量子化学方法、可用于大尺度化学反应模拟的反应力场方法以及数据驱动的机器学习模型等。这些新技术可以有效地解决传统模拟方法中存在的准确性低、时间尺度短以及空间尺度有限等问题,在可以预见的将来,在研究SEI形成的初始反应、动态演化以及功能预测等方面将发挥越来越重要的作用。随着计算机硬件水平的不断提升、理论模拟算法的稳步提高,多尺度理论模拟将为高能量密度电池的理论设计和智能制造提供强有力的理论基础。

摘要： 为了探究团簇Co_(3)MoS内部结构稳定的相关状况和极性强弱,以拓扑学原理和密度泛函理论为基础,在B3LYP/Lanl2dz较高量化水平下,运用Gaussian09软件包对团簇Co_(3)MoS的态密度图、极化率和偶极矩进行运算分析.结果表明:p-p、p-d和p-p-d这3种轨道杂交方式是团簇Co_(3)MoS各构型内部主要的轨道重组形式,其对各构型的稳定情况影响较大;构型2(4)在外加电场条件下最容易被极化,其结构稳定情况优于其他构型,且该构型抵抗外界影响、保持自身形态的能力较强.此外,团簇Co_(3)MoS各稳定构型皆为极性分子,其中构型3(4)的偶极矩最大,极性最强.

摘要： 与菱锌矿伴生的高可溶性碳酸盐类矿物方解石、白云石会导致矿浆中含有大量钙(镁)离子,从而影响菱锌矿的浮选。采用密度泛函理论对钙(镁)离子在菱锌矿(101)表面吸附进行模拟。计算结果表明,钙离子和镁离子会与清洁菱锌矿(101)表面发生较强的化学吸附,并且钙离子的吸附比镁离子更强。水化后的菱锌矿(101)表面也会与钙离子和镁离子发生吸附,但是吸附强度明显减弱。另外,钙离子在水化菱锌矿(101)表面的吸附会削弱菱锌矿(101)表面的水化作用。研究结果可为消除菱锌矿浮选过程中难免离子的影响提供理论指导。

摘要： 利用非平衡格林函数和密度泛函理论,研究不同类型γ-石墨炔分子磁隧道结(MMTJ)自旋极化输运特性的影响。磁隧道结以铁磁性的锯齿形石墨烯纳米带作电极。随着纳米带宽度变化,考虑γ-石墨炔的两种接触点,我们构造了8种有代表性的且具有不同对称性的隧道结。通过计算我们发现,对称性对磁隧道结的自旋输运起决定性作用。对于偶数碳链的锯齿形石墨烯纳米带,石墨炔的接触点位居于正中,这种结构的自旋极化输运性质远优于其它结构。比如在非常宽的偏压范围内都能达到100%的自旋极化率,且隧穿磁阻(TMR)高达3.7×10^(5),这表明该结构在自旋滤波器和自旋阀器件方面的应用潜力最大。与之形成对比的是,当耦合位置偏离锯齿形石墨烯纳米带的中心时,输运性质迅速变为普通电输运,相应的巨磁阻效应比最优对称结构约小4个数量级。

摘要： 采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究TiCl_(4)气体分子填充扶手椅型碳纳米管的吸附性能与光电性质,结果表明:扶手椅型碳纳米管对TiCl_(4)气体分子具有较强的物理吸附作用,研究构型的吸附能绝对值均超过0.9 eV,是TiCl_(4)气体分子理想的填充载体,随碳纳米管管径的增大,吸附能先增大后减小;温度升高不利于TiCl_(4)气体分子吸附,气体逸度增加有利于吸附,TiCl_(4)气体分子填充扶手椅型碳纳米管宜将温度维持在TiCl_(4)沸点附近,并增加气体的压力;TiCl_(4)的吸附对碳纳米管的电子结构进行了调控,使费米能级附近的态密度显著提高,使复合物的导电性增强,对赝能隙的大小没有明显影响,峰位仍由碳纳米管自身决定;TiCl_(4)的吸附对体系的光学参数影响有限,在增强复合物导电性的同时未使可见光区域吸收率、反射率、损失函数数值增大,可有效提升透明导电薄膜的性能。

摘要： 采用基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G(d)方法模拟了过氧化氢(H2O2)的自由基分解机理.首先对反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型进行优化,其次通过内禀反应坐标(IRC)计算验证了反应过程中的过渡态,计算得到反应活化能为-100.65kJ/mol,与实验值非常接近.

摘要： 本文基于密度泛函理论DFT研究反丁烯二酸酯类物质的结构与防腐性能之间的关系,采用DFT的B3LYP方法在6-311++G**基组水平上对5种反丁烯二酸酯类防腐剂的几何构型进行全优化,对其优化后的键长键角、分子振动频率等进行研究,同时测定其对3种微生物的最低抑菌浓度.结果表明5种反丁烯二酸酯类分子具有相似的空间构型,分子主要骨架的二面角数值接近0°和180°,表明反丁烯二酸酯类分子结构中主要原子和原子团基本保持在同一平面,由反丁烯二酸酯类分子的量子化学参数以及分子振动频率可知其分子结构中的羟基使其表现较好的抑菌性能,且分子中-OH可能与此类化合物的抑菌活性关联较大.

摘要： 非线性光学材料能对常见波段的激光进行频率转换,从而获得宽波段、可调谐的激光光源.此类光电功能材料在军事和民用领域具有重要的战略价值和应用价值.随着激光技术向着更宽波段和更广应用环境拓展,迫切需要发展新型深紫外、中远红外以及可用于复杂/极端条件的特种效应非线性光学材料.近年来,为了改变传统低效的"炒菜式"实验探索,加快新材料研发速度,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法在新型非线性光学材料探索中得到了广泛的应用.将主要汇报课题组近几年来深紫外、中红外和特种效应非线性光学材料探索方面的新进展[1-7],着重突出第一性原理计算在新材料探索过程中起到的关键作用.

摘要： 煤中伴生有益金属元素的综合利用是传统煤炭行业结构调整的突破口.查明这些元素的来源和富集模式将有利于进一步勘探相关资源,提高煤炭生产的附加值.本文提出了官板乌素6#煤中锂富集的新模式:阴山古陆花岗岩风化释放的锂被小分子羧酸搬运进入泥炭,在随后的煤化作用过程中,有机结合态锂被重新释放,进入孔隙水,最后吸附于高岭石表面,形成高度富集煤层.

摘要： 采用分子模拟软件Materials Studio构建了辛烯醛分子在Ni、Mo、Cu、La四种金属表面的吸附构型,采用密度泛函理论(DFT)通过量子力学方法计算了辛烯醛分子在四种金属表面的吸附能,四种金属对辛烯醛分子吸附能力顺序为La>Ni>Mo>Cu.

摘要： 采用分子模拟软件Materials Studio构建了辛烯醛分子在Ni,Mo,Cu,La四种金属表面的吸附构型,采用密度泛函理论通过量子力学方法计算了辛烯醛分子在4种金属表面的吸附能力,4种金属对辛烯醛分子吸附能力顺序为La＞Ni＞Mo＞Cu.

摘要： 光化学降解是有机污染物在环境中降解的重要途径.近年来,作为一种重要的研究方法,密度泛函理论(DFT)常应用于典型有机污染物如PCBs和PPCPs的环境光化学行为方面的研究,主要是结合实验研究,从理论角度解释活性氧物种(如单线态氧、羟基自由基及超氧阴离子)参与和影响光化反应的机理.

摘要： Cu2O是一种具有工业应用前景的催化氧化CO催化剂,但其表面催化氧化CO的微观机理尚不明晰.本文采用基于密度泛函理论的量子化学计算研究了CO在Cu2O(111)表面的吸附、反应与脱附过程,结果发现CO与Cu2O(111)表面晶格氧的反应过程为Cu2O催化氧化CO的反应定速步,其活化能为1.629eV,Cu2O(111)表面吸附原子O与CO反应生成CO2过程的速率最快,吸附在Cu2O表面的原子O与CO的反应活性高于普通的晶格氧,CO在理想Cu2O(111)表面的Mars-van Krevelen型反应机理主要受限于CO与晶格氧的反应过程.

摘要： 本文采用介孔SiO2为载体,基于不同的CaO前驱物(水合氧化钙、硝酸钙以及醋酸钙)制备了三种钙基吸附剂(CaO-H-S、CaO-N-S和CaO-C-S),研究吸附剂表面对模拟烟气中HgCl2的选择吸附机理.吸附剂表征结果表明,醋酸钙为前驱物制得吸附剂(CaO-C-S)孔隙结构发达,活性物相(CaO)分散均匀,吸附剂表面碱性位点丰富,对HgCl2的选择性吸附性能最优.采用密度泛函理论(DFT)方预测了HgCl2在CaO表面存在四种不同吸附方式:单配位、双配位、三配位、以及桥式配位吸附.

摘要： 多孔石墨烯膜是一种性能优良的气体分离膜材料.本文应用分子动力学模拟和密度泛函理论计算相结合的方法,研究了卤族元素修饰对多孔石墨烯膜CO2/N2分离性能的影响.研究结果表明,采用卤素修饰能够抑制N2分子通过石墨烯膜,促进材料的CO2/N2扩散分离性能.其中F、Br效果较好,其修饰后的膜材料具有较高的CO2/N2选择性.研究结果对设计与合成新型高效的CO2/N2分离膜提供了理论依据.

摘要： 基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法。本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题。过程为：得到Si的晶格参数；得到Si能量最低点的晶格参数；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；使用密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，以及得出Si原子不同带电量下的原子结构，并根据这些结构采用杂化泛函方法计算双空位分离过程中能量的变化。本发明用于计算Si的缺陷移动的领域。

摘要： 基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法。本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题。过程为：得到Si的晶格参数；得到Si能量最低点的晶格参数；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；使用密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，以及得出Si原子不同带电量下的原子结构，并根据这些结构采用杂化泛函方法计算双空位分离过程中能量的变化。本发明用于计算Si的缺陷移动的领域。

摘要： 本发明公开了一种基于密度泛函理论预测氧化铝纤维前驱体溶胶可纺性的方法，基于密度泛函理论，在B3LYP水平上具体选择使用基组对不同铝盐进行结构优化，比实验更方便、更直观地获得不同铝盐的稳态分子构型，并得到相应前驱体溶胶低聚物的微观结构；利用多功能波函数分析软件对所得前驱体溶胶微观结构进行表面静电势分析，获得其反应特性以预测前驱体溶胶的可纺性，为实验制备高可纺性氧化铝纤维前驱体溶胶奠定坚实的理论依据。

摘要： 一种基于密度泛函理论计算提高富锂铁锰基正极材料性能的改性方法，属于锂离子电池正极材料领域。包括以下步骤：通过VESTA软件建构基础计算模型，并使用VASP软件计算Li2MnO3体系在过渡金属元素铌(Nb)掺杂前后的态密度、能带、Bader电荷结果，分析结果表明Nb的掺杂有助于改善体系结构稳定性；实验中用溶胶凝胶法合成Nb掺杂前后的富锂铁锰基正极材料，结果显示Nb掺杂提升了材料的循环性能和倍率性能。本发明通过密度泛函理论计算探究Nb掺杂机理，确定Nb为掺杂元素，并通过实验验证Nb实际掺杂影响，为富锂铁锰基正极材料的改性发展提供思路，打下基础。

摘要： 本发明提供了一种基于密度泛函理论设计筛选新型钠盐的方法。本发明提出的小分子官能团替换以及基于密度泛函理论，进行新型钠盐结构设计的模拟方法，利用量子力学DFT理论计算方法对DFOP‑、DFOB‑和BOB‑官能团的氧化还原性进行理论研究，从理论上对钠盐的几何结构和电子结构进行深入分析，开发出氧化还原稳定性和解离性高的新型钠盐结构，大大减少了钠盐结构设计上的人力物力投入，更降低了相应的时间成本。

摘要： 一种基于密度泛函理论的层状双金属氢氧化物钢筋阻锈剂设计方法，包括以下步骤：(1)通过建立层状双金属氢氧化物超晶胞模型，基于密度泛函理论对比分析氯离子、具有缓蚀性能的阴离子与层状双金属氢氧化物层板的结合能，筛选出具有高效捕捉氯离子性能的层状双金属氢氧化物；(2)通过建立铁表面超晶胞模型，基于密度泛函理论计算具有缓蚀性能的阴离子与铁表面的相互作用及稳定性，优选出对钢筋具有优异阻锈性能的阴离子；(3)结合(1)和(2)计算结果，设计出同时具有高效捕捉氯离子性能和优异阻锈性能的层状双金属氢氧化物钢筋阻锈剂。

摘要： 本发明提供了一种密度泛函理论展开项改进的方法、装置及存储介质，包括获取吸附质和吸附剂的参数信息；根据参数信息，建立吸附质在不同的孔径宽度范围内的吸附剂上的巨正则蒙特卡罗模型，并根据巨正则蒙特卡罗模型模拟不同温度、压力和化学势条件下，吸附质在不同孔宽度的吸附剂上的吸附行为，获得相应的吸附量和局部密度作为深度学习的样本；利用卷积核函数以及吸附质的参数信息表示加权密度；构建用于描述过剩自由能展开项的卷积神经网络，对卷积神经网络进行训练，以每次训练得到的局部密度作为输出构建损失函数确定经典密度泛函理论过剩自由能展开项。利用上述技术方案，获得改进的经典密度泛函展开项，从而提升气体吸附表征的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于密度泛函理论设计多孔材料特异性吸附苯的方法，采用理论计算的方法，利用乙醛基团修饰吸附模型，设计构建对苯分子有特异性吸附的吸附模型，基于密度泛函理论，利用量子化学程序对乙醛基团修饰的吸附模型进行结构优化和单点能计算得到量子化学计算结果文件，利用量子化学和波函数分析的方法，对所设计的多孔材料吸附模型进行弱相互作用理论分析，研究MOFs多孔材料吸附模型对苯的吸附作用，从而获取对苯有特异性吸附的MOFs框架结构，为特异性吸附苯奠定坚实的理论依据。相比于直接采用实验室“试错式”吸附法，可准确高效地研究吸附机理，比实验更方便、更直观地获得特异性吸附苯的多孔材料结构。

摘要： 本发明提供了一种基于密度泛函理论预测高压环境下钙钛矿材料热电性能的方法，包括以下步骤：步骤1，对材料进行结构优化，获得优化后的晶胞结构；步骤2，基于步骤1中优化的结构作为初始结构，再进行结构优化，获得模型；步骤3，结构优化计算完成后进行材料的自洽计算，从而获得材料的电子输运性质；步骤4，基于步骤3得到的结果，估算材料在高压环境下的功率因子。本发明方法在整个过程中不涉及实验和不使用化学用品，不产生化学污染，符合绿色环保理念；且本发明成本较低、操作简单、准确性高、应用广泛且重复性好，易于实现，适合推广应用。

摘要： 本发明涉及绝缘气体技术，具体涉及基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF6的方法，通过密度泛函理论下的B3LYP方法及6‑311G+(d,p)基组对分子的构型进行优化，选择最优分子结构，通过计算分子之间吸引力和斥力，当吸引力和排斥力达到平衡时，认定两个分子的构型中心的垂直距离为分子截面。将分子截面通过玻尔兹曼方程求解电子能量分布函数，判断电离系数与附着系数的数值，从而确定该气体的介电强度；将该气体的介电强度与SF6比对，若低于SF6的介电强度，则舍弃该气体作为替代气体；若高于SF6的介电强度，则将该气体作为替代气体。该能快速确定新型气体物质的介电强度，为寻找SF6替代气体提供了方便。