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单层Ni2Fe--LDHs和Ni2Fe--OH磁性的第一性原理研究

单层Ni2Fe--LDHs和Ni2Fe--OH磁性的第一性原理研究

作     者:廖文馨 

作者单位:北京化工大学 

作者专业:物理学

学位级别:硕士

导师姓名:周刚

授予年度:2017年

学科分类:0501[文学-中国语言文学类] 0101[哲学-哲学类] 

主      题:密度泛函理论 磁性 催化活性 有序无序 外加应力 

摘      要:本文通过DFT+U计算手段,研究了 Ni2Fe-LDHs和Ni2Fe-OH二维层板的磁性,在研究的过程中通过计算得结果表明单层层板的磁性是比较敏感的,容易受到外界条件的干扰,其中包括二维纳米层板上的Ni和Fe原子之间的排列顺序,在两个邻近纳米片层板之间Cl-的有无以及对Ni2Fe-LDH和Ni2Fe-OH二维纳米层板施加弹性应力。层间阴离子的有无影响着层板中Ni,Fe离子的局域磁矩和Fe离子的价态,但是层板内阳离子的排序并没有同样的影响。这些结果有助于在Ni2Fe-LDHs中组成各种各样的磁性超晶格。层间阴离子的有无和Fe2+/Fe3+价态改变有关,同时也会影响层板中O-H键断裂和-OH基团脱离层板的顺序,这些对于不同的反应有着不同的促进作用。无论是改变层板阳离子排序还是阴离子的有无都没有改变超交换的本质,但是引起了 Ni-OH-Ni,Ni-OH-Fe和Fe-OH-Fe磁性耦合的竞争。Ni2Fe-LDHs和Ni2Fe-OH中的磁性和催化活性可以通过Fe离子价态的转变来联系起来,这也为我们打开了一条设计LDHs为基的磁性催化剂以及研究其本质和性能之路。同时在计算中发现通过施加弹性力来调控Ni2Fe-LDHs和Ni2Fe-OH层板的晶格常数的大小,可以诱发磁转换现象。第一,通过改变Ni2Fe-LDHs二维纳米片上金属离子Ni,Fe之间的排列顺序(有序/无序)来探究对Ni2Fe-LDHs磁性的影响。计算发现Ni2Fe-LDHs二维纳米片上Ni-OH-Ni是FM的耦合方式(Ferromagnetic coupling,FM);二维纳米片上 Ni-OH-Fe 和 Fe-OH-Fe 都属于AFM的耦合方式(Antiferromagnetic coupling,AFM)。并且发现层板金属离子的有序/无序排列并没有改变相邻Ni原子之间的铁磁耦合,以及相邻Ni,Fe原子之间的反铁磁耦合AFM,但是导致了磁畴在不同自旋排列下的能量退化。第二,将两个邻近纳米片层板之间的Cl-移去后,来探究对Ni2Fe-LDHs磁性以及稳定性的影响。在进行了 Bader分析(电荷分析)和金属离子的键�

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