堿土金屬和稀土Sm摻雜二氧化鈰電子結(jié)構(gòu)和氧離子遷移的第一性原理研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文論文題目論文題目：堿土金屬和稀土Sm摻雜二氧化鈰電子結(jié)構(gòu)和氧離子遷移的第一性原理研究英文題目英文題目:AfirstprinciplesstudyonelectronicstructuresoxygenionmigrationsofalkalineearthmetalsrareearthSmdopedCeO2systems學(xué)位類學(xué)位類別：碩士研究生姓研究生姓名：吳銅偉學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：2014023179學(xué)科學(xué)科(領(lǐng)域領(lǐng)域

2、)名稱名稱：材料科學(xué)與工程指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：賈桂霄職稱職稱：教授協(xié)助指導(dǎo)教協(xié)助指導(dǎo)教師：師：職稱：職稱：2017年6月3日分類號(hào)：分類號(hào)：TQ174.5TQ174.5密級(jí)：級(jí)：公開公開UDC：學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：1012710127內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要本文使用GGAU方法研究了CaO或BaO與Sm2O3共摻雜CeO2體系幾何和電子結(jié)構(gòu)及氧離子遷移、不同氧空位和摻雜濃度下SmxCayCe1xyO2δ（x=0.03120.0625

3、0.125和0.250；y=0.03120.06250.125和0.250；δ=0.0312，0.0625，0.125，0.250和0.50）體系的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和氧空位形成能及氧離子遷移能。對于CaO或BaO與Sm2O3共摻雜CeO2體系幾何和電子結(jié)構(gòu)及氧離子遷移的研究，計(jì)算結(jié)果表明，Ba和Sm均靠近氧空位時(shí)BaSmCe30O63體系最穩(wěn)定；Sm靠近，Ca遠(yuǎn)離氧空位時(shí)CaSmCe30O63體系最穩(wěn)定。BaSmCe30O63和CaS

4、mCe30O63體系中均不存在Ce4變價(jià)。對CaSmCe30O63體系氧離子遷移的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧離子遷移到空位時(shí)，遷移能大小順序?yàn)镋m(3?V)Em(1?V)Em(4?V)Em(2?V)，這一規(guī)律源于氧離子與低價(jià)摻雜離子產(chǎn)生負(fù)電勢之間的排斥作用；對BaSmCe30O63體系氧離子遷移的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空位遷移到周圍氧離子時(shí)，遷移能大小順序?yàn)镋m(V?3)Em(V?5)Em(V?1)，這一規(guī)律源于氧空位產(chǎn)生的正電勢與低價(jià)摻雜離子產(chǎn)生的負(fù)電勢之

5、間的吸引作用。此外，CaSmCe30O63體系最小遷移能小于SmCe31O63體系，證實(shí)了CeO2Sm2O3CaO體系離子電導(dǎo)率大于CeO2Sm2O3體系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對不同氧空位和摻雜濃度下SmxCayCe1xyO2δ（x=0.0312，0.0625，0.125和0.250；y=0.0312，0.0625，0.125和0.250；δ=0.0312，0.0625，0.125，0.250和0.50）體系的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和氧空位形成能的研

6、究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，V1和V2均與Sm3最鄰近時(shí)且V1Sm3V2結(jié)構(gòu)具有面心立方位置關(guān)系時(shí)SmxCayCe1xyO2δ體系最穩(wěn)定。對SmxCayCe1xyO2δ體系的電子結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，由氧空位引起的過量電子分布在它們鄰近Ce的f軌道上，且Ca2和Sm3的共摻雜有效抑制了Ce4的還原。在δ=0.125時(shí)x和y必須要均大于0.0625，當(dāng)x=y=0.0625時(shí)δ必須小于0.125時(shí)SmxCayCe1xyO2δ中Ce3的產(chǎn)生能被完全抑制。隨著氧空位濃

7、度的增加Ce3Ce4的變化率k單調(diào)遞增且Sm3的引入減小了k值。需要指出的是Sm0.25Ce0.75O1.5體系可認(rèn)為是Sm摻雜的Ce2O3結(jié)構(gòu)體系。對不同Sm摻雜濃度和氧空位濃度對SmxCe1xO2δ體系離子遷移能的影響研究發(fā)現(xiàn)，對V?O2遷移方式，氧空位（V）遷移時(shí)存在Sm3對V的靜電吸引作用，Ce3與氧空位之間的締合作用和較大離子半徑的Sm3對氧空位遷移的位阻作用。對O2?V遷移路徑，氧離子（O2）遷移時(shí)存在Ce3與氧空位之間的締