文/言樂文
編輯/言樂文
近年來，電子材料中的陽離子摻雜，被認為是提高電子濃度的一種可行的工程策略。
我們基於密度函數理論的能量最小化技術，研究了C12A7化學計量、電化形式的摻雜和封裝，SN的熱力學穩定性和電子結構。
計算結果表明，包封是外能的，摻雜是內能的。對於封裝和摻雜來說，電化形式比化學計量形式更有活力。
電化器中的封裝，可以從由框架外電子構成的籠中，產生一個重要的電子轉移到錫原子。
在實驗中，通過化學計量的形式，在摻雜形態中，錫幾乎形成了+4狀態。儘管框架外的電子在錫上被定位，但對電子體形式而言，錫的電荷狀態是相似的。
兩種形式的合成配合物都是磁性的，儘管在C12A7中的興奮劑，引起了巨大的費米能量轉移向傳導帶，在C12A7中觀察到很小的位移。
未來關於C12A7和摻雜錫的化學計量形式中，錫封裝的實驗研究，可以利用這一信息來解釋他們的實驗數據。
一、無機電子材料
由於電子管中有化學上獨立的電子，因此可以用作電子發射器、超導體和催化劑，用於不同的反應，包括鈷的耗損，各種穩定的無機電動機，如C12A7和 2 N 。
根據電子本地化的性質，它們被劃分為零維(在腔中定位的電子)，單向(在通道中定位的電子) 及二維(層內的電子)。
由於在固態物理學中可能使用電化物，人們對發現新的電化物材料，或調整目前可用的電化物，以調整它們的特性非常感興趣。
12CaO·7Al 2 O 3 (C12A7) ，是一種主要存在於鋁水泥中，亞納米多孔無機複合氧化物。它有一個帶正電荷的框架{(CA) 24 鋁合金 28 O 64 ) 4+ }(每個單元細胞由12納米級組成)，由框架外陰離子補償。
當框架由兩個O補償時 2− 離子，所形成的化合物以其化學計量學的形式，表現為 24 鋁合金 28 O 64 ] 4+ ·(O 2− ) 2 {C12A7:O 2− } 。
適當的還原處理，取代了框架外的兩種處理 2− ，具有四個電子的離子和所產生的複合物，以電子形式形成，其化學式為 24 鋁合金 28 O 64 ] 4+ ·(e − ) 4 {C12A7:e − } 。
當這四個框架外的電子在籠中定位時，這個電子體被歸類為零尺寸。框架外電子被包括F在內的許多陰離子所取代。氫氧化物的熱力學和動力學的研究表明，速率的測定是OH的向內擴散。
結果發現，C 12 A 7 :NH 2− 作為氮轉移反應的活性氮源，各種過渡金屬已併入C12A7:E − 優化，其催化活性可用作存儲材料。
陽離子摻雜最近被認為是，改變C12A7:E的電子特性的有效策略。 用於電催化和氧還原反應。結果表明，摻雜複合材料，可用於燃料電池的氧還原反應中，具有長期的穩定性和甲醇阻力。
採用太陽凝膠法，觀察到SN是以SN的形式出現的，摻雜複合材料和鋁、鈣的電子構型未變。然而，還沒有理論研究考慮，實驗觀測和計算電子結構，熱力學穩定性和化學狀態的多巴胺硫。
在我們的研究中，利用密度泛函理論(DFT)，模擬了一個以化學計量和電化學形式，封裝和摻雜的單一錫原子。目的是提供對熱力學穩定性，放鬆結構的封裝和摻雜C12A7，在錫和C12A7之間的電子轉移，磁行為和電子結構的合成配合物。
在C12A7中封裝和摻雜的單一錫原子上，進行了電子結構計算。我們使用的是基於平面波的DFT碼 ，用平面波作為基礎集解決標準的KS方程。
共軛梯度算法被用來優化結構，原子上的力是用赫爾曼-費曼定理計算的，包括脈衝校正。在所有的放鬆配置中，原子上的力小於0.001EV/OR。
二、散裝貨C12A7的計算
12型曹·7 2 O 3 (C12A7)屬於以身體為中心的立方晶格，它的實驗晶格參數是 A = b = C = 11.99 Å and α = β = γ = 90° 。
一個單元牢房裡有12個籠子，以C12A7的化學計量形式(C12A7:O) 2− )，兩個籠子是由 2− 離子組成，單位電池中有四個電子。
為了確定平衡晶格常數，我們進行了常壓下能量最小化計算，這使我們可以放鬆離子位置和細胞參數。
計算的晶格參數( A = 12.04 Å， b = C = 12.01 Å， α = 90.02°， β = 89.95°， γ =89.93度)在我們的模擬中，與實驗和以往理論研究中所報告的數據十分吻合。
非固定結構 A C12A7:O 2− 大量， B Sn封裝C12A7:O 2− ， C 一個被框架外O佔據的籠子 2− 離子， D 一個被封裝起來的籠子，E和 F持續充電密度和錫原子。
我們考慮了C12A7:O中單錫原子的封裝，鬆弛的結構和SN所佔據的籠子。錫的位置稍偏離中心，它與籠壁氧和籠極鈣離子結合。
在封裝的錫原子、凈磁矩、鍵距離、體積和費米能上，均為C12A7:O: 2− 和Sn封裝的C12A7:O 2− ，封裝能被計算為-0.68EV，這意味着錫原子比其孤立的氣體形式更穩定。
貝德爾電荷分析表明，存在一個小的電子轉移從錫到晶格。封裝的結構由於錫的未改變的外部電子結構而成為磁性( s 2 P 2 )，其中 s 電子成對 P 電子沒有配對。
C12A7的磁矩:O 2− ，是0在sn上的兩個未成對的電子，用2.00磁矩轉動合成的磁結構，計算出的Sn-O和Sn-CA鍵，距離分別為2.39奧奧和3.02，顯示了Sn與晶格的相互作用，這也與外麥能封裝能是一致的。
封裝對體積的影響很小(+0.1%)，在封裝時，費米能量通過1EV轉移到傳導帶。上一次模擬所報告的現時模擬證實，C12A7:O 2− 是一個寬間隙絕緣體。在價帶和傳導帶之間引入了屬於SN的其他間隙態。
三、C12A7中單個錫原子的封裝
我們把一個Sn原子封裝到，C12A7:E的一個空籠子里。A和B顯示了C12A7的鬆弛結構:E − 大體積和Sn封裝的C12A7:E − 分別。
在放鬆的結構中，n原子佔據了籠子的中心，與籠極鈣離子形成鍵。這是因為電荷從框架外電子轉移到錫，被兩個籠子桿吸引的帶負電荷的錫靜電 2+ 很多年了。
這進一步得到-3.04EV的放熱封裝能，明顯的是，與化學計量法相比，電化形式的封裝(約2.40EV)有了增強，強封裝是由於捐贈的框架外電子的錫。
在C12A7:E中，與框架外電子相關的電荷密度，錫的封裝使框架外電子減少了1.52。在該複合物中觀察到一個小的凈磁矩，在封裝時觀察到小體積的膨脹(+0.37%)，費米能量稍微向價帶移動0.24伏安。
非固定結構 A C12A7:e − 大量， b Sn-encapsulated C12A7:e − ， C 一個被框架外電子佔據的籠子 和 D 被封裝的錫所佔據的籠子，常量電荷密度圖 e 框架外電子和電子 f 硅原子。
含有框架電子(即C12A7:英 − )是金屬的，根據我們的計算和先前的模擬，Sn-doped C12A7:e − 也顯示出金屬的特徵。
四、在C12A7:O的鋁原子點上使用單一的錫原子
在此，我們在C12A7:O的鋁原子點上，替換一個單一的錫原子。它展示了放鬆的結構，包括含有錫原子的籠子，替代能計算為5.37EV，表明鋁-O鍵比錫-O鍵強。
Al-O債券長度(1.75奧奧)，比S-O債券長度(2.01-2.28奧奧)短，進一步證明了這一點。貝德爾電荷分析表明，未摻雜的C12A7:O中鋁離子的電荷 2− ，分別為+3和+3.60。
這意味着，額外的0.60電子已經通過錫轉移到晶格。這反過來又構成了，根據多斯圖所形成的複雜金屬。
它表示在晶格中的附加電子的電荷密度，目前的計算進一步證實，核安全標準是以核安全標準形式出現的，這與C12A7:E的實驗結果一致。
此外，還可以利用SN-MSDALBILUR光譜法，測定錫原子的氧化量。A 摻雜Sn的C12A7的鬆弛結構 2− ，B 顯示被替換的錫，C 不斷電荷密度圖顯示摻雜物引入的電子， D C12A7:O 2− 和E和F原子多功能核電站。
凈磁矩計算為0.78 µ ，表明結果的複合物是磁性的。這是由於電子釋放的錫到晶格，在錫摻雜時，觀察到體積的小擴張(0.54%)，費米能量顯著增加1.60EV嚮導電帶，因為錫雜質給予電子系統。
替換能在錫原子上的貝德爾電荷、磁矩、鍵距離、體積和C12A7的費米能 2− ，和摻雜錫的C12A7:O 2− (Sn.C12A7:O 2− )。
五、在C12A7鋁原子點上使用單一的錫原子
我們考慮了C12A7的電動式替代，它摻雜Sn的C12A7:E的鬆弛結構，並展示了摻雜後與框架外電子相關的摻雜鋅、恆定電荷密度圖、總度圖和原子度圖。
替代能被計算為3.58EV，表明摻雜是吸熱過程，這是由於碳-O鍵(鍵距離=1.75奧)，比錫-O鍵(鍵距離=2.22~2.43奧)更強。
在C12A7中摻雜錫:e − 比C12A7更有利 2− ，這是由於帶負電荷的框架外電子，穩定了錫原子上的正電荷。貝德爾電荷分析表明，在錫原子上的總電荷是+1.60。
這並不意味着被摻雜的中子，只損失了1.60個電子。我們假設，像在C12A7:O中那樣，n損失了3.60個電子。而在sn上的低凈正電荷，則是由於在晶格中的外框架工作的電子，被移去了域。
這進一步得到0.85的凈磁矩的證實， µ 以及某些電子在sn原子上的定位。 我們觀察到0.32%的微不足道的體積變化，費米能量向價帶略微增加0.06伏安。
A 摻雜Sn的C12A7:E的鬆弛結構 − ，B顯示被替換的錫， C 不斷電荷密度圖顯示摻雜後的電子分布， D C12A7:E − ，以及 E 核安全部的自失效核計劃。
六、結論
我們研究了用旋極化DFT和分散體，將單一錫原子封裝和摻雜到，C12A7的化學計量和電化形式中的有效性。計算結果表明，兩種C12A7形式的外人體工程學封裝了錫原子。
由於在框架外電子和錫原子之間的顯著電子轉移，電子體表現出一種增強來封裝原子。兩個封裝複合物都是磁性的。儘管C12A7的費米能量有顯著變化(1EV向傳導帶):O 2− C12A7:E的變化很小(0.26EV向價帶)。
在兩種形式的C12A7中都是抑制性的，然而，對於摻雜過程來說，電化形式比化學計量形式更有活力。在化學計量的形式，sn形成幾乎+4狀態釋放一些電子到籠子。
由於超框架電子的存在，電子體形式降低了錫原子上的電荷。儘管如此，預計在電子體形式中，也會形成類似的電荷狀態。這一觀察與實驗一致。
結果配合物在兩種情況下，都是磁性的。C12A7中的興奮劑:O 2− 使費米能量增加了1.60伏向傳導帶。在C12A7中，費米能量幾乎沒有改變。
目前的模擬研究提供了，有關SN封裝和SN摻雜C12A7的穩定性、電子傳遞、磁行為和電子結構的詳細信息。預計未來我們的實驗研究，可以利用這些信息來解釋他們的實驗數據。
