尖晶石型limn2o4及al ti置换晶体结构和lih交换离子筛性质计算研究-calculation and study of spinel lim n2o4 and al ti replacement crystal structure and lih exchange ion sieve properties.docxVIP

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2018-05-24 发布于上海
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尖晶石型limn2o4及al ti置换晶体结构和lih交换离子筛性质计算研究-calculation and study of spinel lim n2o4 and al ti replacement crystal structure and lih exchange ion sieve properties

取代后LiAlTiO4/HAlTiO4均为尖晶石结构，其中Al和Ti原子态密度图劈裂交叠成键构筑了Al–Ti–O稳定骨架，说明它们也是p–d杂化型氧化物，从LiMn2O4、LiAlMnO4、LiAlTiO4中子衍射的比较看出各原子相应的晶格位点是不变的，说明了原子的取代没有4引起尖晶石结构的变形。对其离子筛的计算发现HAlTiO对Li+的吸附能力增强了，原因是电子结构中H原子的离子性增大了。我们也进一步考虑了其它碱金属离子的交换吸附24性能，发现Li+的交换能力是最好的。上述两个取代研究显然显著改善了HMnO离子筛24材料对Li+的吸附性能，且两者的原子结合能绝对值相对于取代前的HMnO都变大，说明它们的稳定性都不同程度地提高了。关键词：尖晶石结构；Mn、Ti、Al氧化物；Li+/H+交换；电子布居；超软赝势AbstractAlongwithdevelopingofDensityFunctionalTheory,quantummechanicsisbecomingmoreandmoreaccurateincalculationmethod,whilequantummechanicsbasedonDFThaveattractedmuchattentionoftheory–calculation–scientistsinthepastdecadebecauseofitsapplicationinthefieldofmaterialcharacteristicsandproperties.Theso–calledfirstprinciples,namelyonthebaseofquantummechanics,cangetthemicroscopiccrystalstructure,finalenergyandaseriesofphysicalpropertiesoftargetcompounddirectly,butnoneedtouseanyexperimentalparameters,andthatitcanexplainthefundamentalreasonsofmaterialstabilityandphysicalandchemicalcharacteristicsthroughcalculation.ThespinelLiMn2O4macroscopicperformanceofionicexchangeandscreeningcanbeinterpretedfrommicroscopiccrystallographybyfirstprinciples.ThepaperemploysCASTEPpackageofmaterialanalysissoftwareMaterialsstudio.Themaincontentsareasfollows:WeexploredtheelectronicstructureofspinelLiMn2O4andion–sievepropertyofLi+/H+exchange.ItisfoundthatHMn2O4unitcellcontractedafterLi+wassubstitutedbyH+,andtheXRDisaccordedwithstandardspectrum,astheXRDpeaksofHMn2O4obviouslyshiftedtowardhighanglecorrespondingly.AccordingtotheXRDanalysesofhomologouslatticeatoms,weconcludethattwoelementsMnandOplayadecisiveroleintheXRDmodeandintensity.Amongthem,Lipresents+1valenceandiscompletelyionized,andcanbeexchangedbyH+thoroughly;whileHdisplaysthemutualconnectionsofelectroncloudswithambientOintheisoelectronicdensitymap,andonlytakesa0.42positivecharge.AtomicpartialdensitiesofstatesshowthatthestrongcovalentbondingbetweenMn–OismainlyattributedtotheorbitaloverlapofMn–dandO–pbetween–7.3~–1.6eVbelowtheFermilevel,andformstheholetunnelsofframeworkthatarebeneficialtoione