La2O3及其摻雜的第一性原理研究.pdf

1、隨著量子化學(xué)計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)硬件軟件的不斷發(fā)展，已經(jīng)能夠以量子力學(xué)的基本原理為根本依據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力得到所研究體系的各種性質(zhì)?；诿芏确汉碚摰牡谝恍栽碛?jì)算方法日漸成為獨(dú)立于理論和實(shí)驗(yàn)的新型研究手段。
　　La2O3是最典型的稀土金屬氧化物，它具有寬帶隙，高介電常數(shù)以及良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)玻璃，催化劑，陶瓷，熱電材料等領(lǐng)域。近年來，有研究發(fā)現(xiàn)La2O3對于CO2氣體具有很好的吸附能力和活化性能，

2、對于解決CH4/CO2重整反應(yīng)中遇到的積碳問題具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文采用第一性原理計(jì)算方法對 La2O3及其摻雜體系進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究，主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)構(gòu)建La2O3的晶胞模型并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到優(yōu)化后的晶格常數(shù)，電子結(jié)構(gòu)，和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明：優(yōu)化后的 La2O3的晶格常數(shù)和實(shí)驗(yàn)值很接近，而且從能帶圖中可以看出為間接帶隙氧化物，證明所建立的模型和計(jì)算方法合理。分析本征 La2O3的介電函數(shù)，吸收

3、率，反射譜，吸收譜以及能量損失譜得到在低能區(qū)主要是由O的2p態(tài)與La的5d態(tài)之間的光學(xué)躍遷，在高能區(qū)主要是由O的2p態(tài)和La的5s，5p態(tài)之間的光學(xué)躍遷，這些躍遷都是由于等離子體激發(fā)所形成的。
　　(2)采用基于密度泛函理論的局域密度近似平面波贗勢計(jì)算方法，研究了本征La2O3及Eu-La2O3，Yb-La2O3，(Eu, Yb)-La2O3的能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度分布和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明：Eu-La2O3，Yb-La2O3和(Eu

4、,Yb)-La2O3的介電常數(shù)虛部相較于 La2O3的介電常數(shù)虛部向低能方向偏移。在光學(xué)性質(zhì)上，Eu-La2O3和Yb-La2O3較之純La2O3在可見光區(qū)的反射率增強(qiáng)了許多，吸收系數(shù)則明顯降低，并且吸收邊緣有紅移的趨勢。而兩原子共摻雜之后的(Eu,Yb)-La2O3其光學(xué)性質(zhì)較之單原子摻雜的情況有些許變化，這些變化是由于Eu和Yb共摻時(shí)雜質(zhì)原子之間的相互作用所引起的。
　　(3)分別建立了未摻雜和摻雜的La2O3吸附CO2的結(jié)構(gòu)