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

2、111)表面吸附石墨烯的微觀結構及相關物理機制，討論了Al在BiF3(111)表面與石墨烯的作用機制，其具體內容如下：
　　(1)考慮S摻雜對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，通過形成能的計算，發(fā)現(xiàn)在電荷中性的條件下，S替換F且無F空位形成的點h8處的形成能最低。然后，通過結構優(yōu)化和結合能的計算，發(fā)現(xiàn)隨著S摻雜濃度的增加，BiF3體積逐漸膨脹，結構穩(wěn)定性逐漸降低。接著，通過態(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，通過容量電壓的計算，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，通過形成能的計算，發(fā)現(xiàn)在J點處，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J點(△μSn，△μBi，△μF)為(-5.82eV，0，-1.61eV)。然后，通過結構優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在Sn1/32Bi30/32F3中，Sn和12-BiV周圍的Bi-F鍵鍵長增加，并且其距離越遠，影響越小。同時，晶體體積隨著Bi-F鍵的增加而略微膨脹。接著，通過對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的導電性能。此外，Sn和F之間的電荷轉移大于Bi和

5、F之間的電荷轉移，表現(xiàn)出更強的離子鍵，同時，Bi和F之間的電荷轉移有所減弱，表明Sn4+摻雜并形成12-BiV構削弱了Bi-F之間的離子鍵。最后，通過平均理論容量和電壓的計算，發(fā)現(xiàn)Sn4+摻雜并形成12-BiV使BiF3的電化學性能得到改善。
　　(3)計算了BiF3(111)面的表面性質及石墨烯在BiF3(111)面及Al修飾表面的吸附機理。首先，通過表面能的計算，發(fā)現(xiàn)BiF3(111)F終端表面[BiF3(111)-F]比Bi