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第一章 绪论 1

1.1掺杂锂离子电池正极材料 1

1.1.1掺杂LiFePO4材料 1

1.1.2掺杂LiCoO2材料 2

1.1.3掺杂LiMn2O4材料 2

1.1.4掺杂LiNiO2材料 3

1.2掺杂TiO2光催化材料 3

1.2.1金属离子掺杂 4

1.2.2稀土离子掺杂 6

1.2.3多金属掺杂 6

1.2.4薄膜掺杂 7

1.3锂离子电池正极材料计算与模拟 8

1.4掺杂TiO2计算与模拟 9

1.5掺杂光学材料计算 11

参考文献 12

第二章 掺杂磷酸铁锂电子结构计算 19

2.1第一性原理简介 20

2.1.1分子体系定态Schrodinger方程 21

2.1.2分子轨道法 22

2.1.3密度泛函理论 23

2.2计算软件及方法简介 25

2.2.1交换-相关函数测试 26

2.2.2赝势测试 27

2.3 LiFePO4电子结构的第一性原理计算 31

2.3.1理想LiFePO4的电子结构——能带结构和态密度分析 31

2.3.2金属离子掺杂对LiFePO4电子结构的影响 35

2.3.3掺杂量对电子结构的影响 49

2.3.4空位型缺陷对LiFePO4电子结构的影响 54

2.4碳包覆LiFePO4的第一性原理计算 60

2.4.1计算方法 61

2.4.2切面位置的影响 61

2.4.3 LiFePO4（010）表面结构弛豫 63

2.4.4 C吸附LiFePO4（010）表面 66

参考文献 71

第三章 磷酸铁锂离子扩散分子动力学模拟 76

3.1分子动力学模拟方法及计算模型 76

3.1.1分子动力学模拟理论 76

3.1.2势能函数 81

3.1.3系综、配分函数 82

3.1.4势函数参数 84

3.1.5运行和统计 84

3.2 LiFePO4材料分子动力学模拟方法及参数的选择 86

3.2.1模拟方法 86

3.2.2离子间互作用势的确定 90

3.2.3势参数的合理性验证 93

3.3 LiFePO4材料离子扩散动力学的分子动力学模拟 94

3.3.1模拟过程体系状态 94

3.3.2微观结构 96

3.3.3熔点的推测 100

3.3.4离子扩散动力学 102

3.3.5锂离子扩散通道 105

3.3.6温度对扩散系数影响 110

3.3.7晶体生长方向对扩散的影响 111

参考文献 113

第四章 掺杂二氧化钛光催化材料结构与性质的计算模拟 116

4.1计算模型与方法 116

4.1.1计算模型 116

4.1.2计算方法 118

4.2第一过渡元素 119

4.2.1杂质替换能和二氧化钛晶格常数 119

4.2.2理想锐钛矿型TiO2能带结构 120

4.2.3掺杂原子对TiO2的能带和态密度的影响 121

4.2.4杂质能级 131

4.3其他过渡元素（Ag、W）掺杂TiO2 133

4.3.1几何结构分析 133

4.3.2能带结构和态密度 133

4.3.3杂质能级 136

4.4稀土元素La 137

4.5其他金属（Al、Pb） 139

4.6杂质对二氧化钛光学性质的影响 141

4.6.1杂质对二氧化钛介电函数的影响 141

4.6.2杂质对二氧化钛吸收谱的影响 145

4.7掺银TiO2（101）表面吸附甲醛的电子结构 150

4.7.1模型与计算方法 151

4.7.2锐钛矿型TiO2（101）表面掺银的模型优化 152

4.7.3能带结构与态密度 153

4.7.4 Mulliken电荷布居分析 156

4.7.5甲醛在Ag/TiO2（101）表面的吸附 156

4.7.6甲醛光催化机理探讨 159

参考文献 159

第五章 掺杂FeS2光学性质与电子结构计算 161

5.1计算模型与方法 161

5.2掺杂对FeS2光学性质与电子结构的影响 162

5.2.1杂质对晶格常数的影响 162

5.2.2杂质对FeS2电子结构的影响 164

5.2.3杂质对FeS2光学性质的影响 170

5.3小结 172

参考文献 172

第六章 掺杂ZnS半导体性质与电子结构计算 175

6.1计算模型与方法 175

6.1.1计算方法 175

6.1.2计算模型 176

6.2掺杂对ZnS半导体性质与电子结构的影响 176

6.2.1 ZnS晶格常数与杂质替换能 176

6.2.2 ZnS半导体的禁带宽度与能带结构 178

6.2.3杂质能级 182

6.3小结 186

参考文献 186

第七章 晶体场理论基础与计算方法 188

7.1晶体场理论基本假设 188

7.2晶场参量 188

7.2.1晶场势 188

7.2.2晶场参量 189

7.2.3晶场参量模型 189

7.2.4立方晶场参量与低对称晶场参量 191

7.2.5不同晶场符号之间的关系 192

7.3光谱精细结构 199

7.4自旋哈密顿参量 215

7.4.1基态零场分裂和g因子计算公式 216

7.4.2激发态零场分裂和g因子计算公式 219

7.5晶体场理论计算方法 221

7.5.1微扰方法 221

7.5.2完全对角化方法 224

7.5.3近似解析法 233

参考文献 241

第八章 尖晶石结构掺杂材料自旋哈密顿参量计算 245

8.1激发态对基态自旋哈密顿参量的影响 245

8.1.1三角对称晶场中d3离子激发态对基态零场分裂和g因子的影响 245

8.1.2四角对称晶场中d3离子激发态对基态零场分裂和g因子的影响 247

8.1.3三角对称晶场中d2离子激发态对基态零场分裂和g因子的影响 250

8.1.4三角对称晶场中d8离子激发态对基态零场分裂和g因子的影响 252

8.2三角对称下d3离子低激发态零场分裂性质 253

8.2.1计算公式 253

8.2.2计算结果 257

8.3四角对称下d3离子低激发态零场分裂性质 258

8.3.1计算公式 258

8.3.2四角对称下4Tla态零场分裂性质及微扰公式有效性分析 259

8.3.3四角对称下4T2态零场分裂性质及微扰公式收敛性分析 262

8.4三角对称下d3离子低激发态g因子性质 266

8.4.1计算公式 266

8.4.2 Al2O3：Mn4+晶体和Al2O3：Cr3+晶体2E态g因子性质 266

8.4.3尖晶石结构晶体中Cr3+离子2E态g因子 271

参考文献 275

第九章 掺杂激光基质晶体材料晶格缺陷与局域结构 278

9.1 Al2O3：V3+晶体局域结构 278

9.1.1计算公式 278

9.1.2 Al2O3：V3+晶体局域结构模型 280

9.1.3 Al2O3：V3+晶体局域结构计算 281

9.2 Al2O3：Cu3+晶体局域结构 281

9.2.1 Al2O3：Cu3+体系的局域结构模型与SH参量 282

9.2.2 Al2O3：Cu3+体系的局域结构计算 283

9.3 LiNbO3：Ni2+晶体局域结构 284

9.4 CsMgX3（X=C1、Br、I）系列晶体中V2+离子局域结构 286

参考文献 288