氟、硅掺杂CeO2(001)表面结构与电子结构的第一性原理研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanjiao1989
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CeO2是一种典型的稀土金属氧化物,属于萤石结构,呈现出良好的氧化还原性能,作为研磨材料,其抛光性能好,研磨效率高,粉末颗粒莫氏硬度适中,因此受到人们的广泛关注。传统的CeO2抛光粉已经不能满足一些超精密零件的抛光要求,众多研究结果表明,向CeO2中掺杂非金属元素F、Si可以改变其颗粒形貌和团聚状态等,会影响其抛光活性,从而提高其抛光性能。为进一步研究F、Si掺杂对CeO2抛光性能的影响,本文采用第一性原理DFT+U的方法计算并研究了F、Si掺杂CeO2(001)表面的原子结构和电子结构,分析了CeO2(001)表面对抛光元件KDP(KH2PO4)晶体表面原子吸附性能的影响,主要研究内容如下:(1)首先对CeO2晶体进行结构优化,分别计算了CeO2(001)面体系形成表层和次表层氧空位的形成能,结果显示CeO2(001)面更容易形成表层氧空位。(2)选取CeO2(001)面进行F、Si掺杂,计算掺杂形成能,找到最稳定的掺杂位置,研究了F、Si掺杂CeO2(001)表面体系的表面结构、氧空位形成能、差分电荷密度、Bader电荷转移、电子态密度分布。分析发现F的掺杂对CeO2(001)表面体系形成氧空位并没有较大的影响,Si的掺杂则更有利于CeO2(001)表面体系形成氧空位,Si掺杂表面体系的化学活性有所提高。(3)计算了CeO1.979(001)面及F、Si掺杂CeO1.979(001)面在O桥位、O顶位、Ce桥位、Ce顶位对H4PO8的吸附能,找到最稳定吸附位置,研究了H4PO8吸附于基底最稳定位置的原子结构、差分电荷密度、Bader电荷转移、电子态密度分布。分析发现F的掺杂有利于基底对H4PO8的吸附,Si的掺杂不利于基底对H4PO8的吸附。F掺杂CeOx(001)面还原体系更适合对H4PO8的抛光。(4)计算了CeO1.979(001)面及F、Si掺杂CeO1.979(001)面在O桥位、O顶位、Ce桥位、Ce顶位对H4PO7的吸附能,找到最稳定吸附位置,研究了基底吸附H4PO7最稳定位置的原子结构,并对吸附结构进行了差分电荷密度、Bader电荷转移、电子态密度分布。分析发现基底对H4PO7吸附强弱规律与吸附H4PO8基本一致,但是同种基底吸附H4PO8的能力要大于吸附H4PO7的能力。
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