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固体氧化物燃料电池负极材料Sr_n+1Ti_nO_3n+1（n=1,2,3,∞）的第一性原理研究

作　者: 左友翠
导　师: 欧阳楚英
学　校: 江西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 固体氧化物燃料电池第一性原理计算 Srn+1TinO3n+1（n = 1，2，3，∞）负极材料电子结构扩散
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文基于密度泛函理论,采用第一性原理投影缀加平面波方法结合广义梯度近似方法主要研究了以下两个方面的问题:一、对固体氧化物燃料电池负极材料Sr_n+1Ti_nO_3n+1（n = 1,2,3,∞）的体相原子结构和电子结构进行了理论研究。给出了其晶体结构、态密度和部分电荷密度分布,此项工作一方面是为了获得Sr_n+1Ti_nO_3n+1（n = 1,2,3,∞）的理论晶格常数和有关的电子结构,以便我们对其有更好的了解,另一方面,通过与其他的理论和实验方法做比较,从而验证我们使用的PAW+GG方法的合理性。结果证实本论文的计算结果和其他理论、实验结果均符合的很好。二、利用基于密度泛函理论的第一性原理方法首次分析了O在SrTiO₃和Sr₂TiO₄体系中的扩散。并且用弹性能带的方法计算O在SrTiO₃和Sr₂TiO₄中的扩散势垒。结果表明在SrTiO₃和Sr₂TiO₄中氧的空位形成能比较大,也就是说在SrTiO₃和Sr₂TiO₄体系中很难形成O空位,并且O在SrTiO₃和Sr₂TiO₄中的扩散势垒也很高,这些都说明SrTiO₃和Sr₂TiO₄的结构比较稳定,氧离子的电导率比较低。

全文目录

摘要 3-4Abstract 4-7第一章绪论 7-22 1.1 引言 7-8 1.2 固体氧化物燃料电池的工作原理及其发展历史 8-13 1.2.1 固体氧化物燃料电池的工作原理 8-9 1.2.2 固体氧化物燃料电池的特点 9-10 1.2.3 固体氧化物燃料电池的发展历史 10-11 1.2.4 固体氧化物燃料电池的结构 11-13 1.3 固体氧化物燃料电池阴极材料的种类及研究现状 13-17 1.3.1 阴极材料的设计要求 13-14 1.3.2 金属和金属陶瓷阴极材料 14 1.3.3 钙钛矿型结构金属氧化物阴极材料 14-17 1.4 本论文的工作 17-19 参考文献 19-22第二章计算理论基础和VASP 软件包的简单介绍 22-32 2.1 第一性原理简单介绍 22-24 2.2 密度泛函理论 24-29 2.3 VASP 软件包的简单介绍 29-30 参考文献 30-32第三章 Sr_(n+1)Ti_nO_(3n+1)(n=1, 2, 3, ∞)的第一性原理研究 32-43 3.1 引言 32 3.2 理论计算方法和计算模型 32-33 3.3 Sr_(n+1)Ti_nO_(3n+1)(n=1, 2, 3, ∞)的几何结构、电子结构和部分电荷分布 33-39 3.3.1 Sr_(n+1)Ti_nO_(3n+1)(n=1, 2, 3, ∞)的几何结构和电子结构 33-35 3.3.2 Sr_(n+1)Ti_nO_(3n+1)(n=1, 2, 3, ∞)的部分电荷分布 35-39 3.4 本章总结 39-41 参考文献 41-43第四章第一性原理研究氧在SrTiO_3 和Sr_2TiO_4 中的扩散 43-51 4.1 引言 43 4.2 计算模型及计算方法 43-44 4.3 氧在SrTiO_3 和Sr_2TiO_4 中的扩散机理研究 44-47 4.3.1 SrTiO_3 和Sr_2TiO_4 的几何结构 44 4.3.2 SrTiO_3 和Sr_2TiO_4 中氧的空位形成能 44-46 4.3.3 氧在SrTiO_3 和Sr_2TiO_4 中的扩散势垒 46-47 4.4 本章总结 47-49 参考文献 49-51第五章结论与展望 51-53硕士期间发表和撰写的论文 53-54致谢 54

固体氧化物燃料电池负极材料Srn+1TinO3n+1（n=1,2,3,∞）的第一性原理研究

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