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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TiO2133

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La137

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