| 第一原理计算过渡金属掺杂尖晶石型LiMn2O4的电子结构 |
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| 引用本文： | 宁连才,吴金平,周成刚,姚淑娟,程寒松.第一原理计算过渡金属掺杂尖晶石型LiMn2O4的电子结构[J].地球科学,2006,31(3):317-320. |
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| 作者姓名： | 宁连才 吴金平 周成刚 姚淑娟 程寒松 |
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| 作者单位： | 中国地质大学材料科学与化学工程学院，中国地质大学材料科学与化学工程学院，中国地质大学材料科学与化学工程学院，中国地质大学材料科学与化学工程学院，中国地质大学材料科学与化学工程学院 湖北武汉430074中国地质大学理论化学与计算材料科学研究所，湖北武汉430074，湖北武汉430074中国地质大学理论化学与计算材料科学研究所，湖北武汉430074，湖北武汉430074中国地质大学理论化学与计算材料科学研究所，湖北武汉430074，湖北武汉430074中国地质大学理论化学与计算材料科学研究所，湖北武汉430074，湖北武汉430074中国地质大学理论化学与计算材料科学研究所，湖北武汉430074 |
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| 基金项目： | 中国地质大学优秀青年教师资助计划(No.cugQnl0519). |
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| 摘 要： | 尽管对过渡金属掺杂锰酸锂后放电平台的升高现象有众多实验研究,但对其机理的研究却鲜见报道.采用第一原理的密度泛函理论,计算了过渡金属M(M=Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)掺杂尖晶石型LiMn2O4的电子结构,并以此分析放电平台的升高机理.电子态密度分析发现由于M-3d能带的诱导作用,出现了新的O-2p能带,而锂脱出时获得的电子,主要是由费米能级附近O-2p能带提供的.当过渡金属M由Ti变化到Zn时,M-3d能带逐渐向低能量的方向移动,新的O-2p能带出现的位置也随之下移,当Li脱出时,需要更多的能量才能从低能量的O-2p能带上获得电子,因而体系能够获得较高的嵌入电压.
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| 关 键 词： | 尖晶石型LiMn2O4 电子结构 第一原理 掺杂. |
| 文章编号： | 1000-2383（2006）03-0317-04 |
| 收稿时间： | 2005-09-13 |
| 修稿时间： | 2005-09-13 |
First Principles Calculation of Electronic Structure of Spinel Manganese Oxide Doping with Transition Metal |
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| NING Lian-cai,WU Jin-ping,ZHOU Cheng-gang,YAO Shu-juan,CHENG Han-song.First Principles Calculation of Electronic Structure of Spinel Manganese Oxide Doping with Transition Metal[J].Earth Science-Journal of China University of Geosciences,2006,31(3):317-320. |
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| Authors: | NING Lian-cai WU Jin-ping ZHOU Cheng-gang YAO Shu-juan CHENG Han-song |
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| Institution: | 1. Faculty of Material Science and Chemical Engineering, China University of Oeosciences, Wuhan 430074, China ;2. Institute of Theoretical Chemistry and Computational Materials Science, China University of Oeosciences, Wuhan 430074, China |
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| Abstract: | Although there has been intensive research on improving the discharge voltage plateau of lithium manganese oxide doped by transition metals, there is a lack of corresponding studies on the improvement mechanism. In this paper, we investigate the electronic structure of spinel manganese oxide doping with transition metal M (M=Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) by first principles calculation based on the density functional theory. The calculated density of states indicates that a new O-2p band induced by the M-3d band appears at the exact position of the M-3d band itself. The compensating electrons are removed from the O-2p levels neighboring the Fermi level when the Li ion is removed. The position of the M-3d band shifts gradually to the low energy direction as M varies from Ti to Zn in the transition metal row of the periodic table, and the position of the new O-2p band also shifts downward following the M-3d band. The withdrawal of lithium electrons from this low O-2p band will result in high cell voltage. |
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| Keywords: | spinel manganese oxide electronic structure first principles doping |
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