Расчет методом теории функционала плотности электронных свойств и оптической анизотропии соединения LiV₃O₈

Электронные и оптические свойства соединения LiV₃O₈ исследованы с помощью моделирования из первых принципов в рамках теории функционала плотности (DFT). Для более точного описания его полупроводниковых свойств использована поправка Хаббарда U в сочетании с обобщенным градиентным приближением (GGA). Подход GGA+U обеспечивает эффективное описание электронной структуры, обусловленной сильной локализацией 3d-электронов в переходных металлах, таких как ванадий. Результаты исследования электронной структуры показывают, что LiV₃O₈ проявляет полупроводниковые свойства с шириной запрещенной зоны, расположенной в видимой области спектра. Изучены оптоэлектронные свойства LiV₃O₈, включая спектры оптического поглощения и отражения, выявлена оптическая анизотропия в области низких энергий до 12.5 эВ. Результаты исследования оптического поглощения также продемонстрировали, что максимальное поглощение света происходит в видимой области, что указывает на потенциальные возможности применения в солнечных батареях.

1. K. Nassau, D. Murphy, J. Non-Crystal. Solids, 44, 297 (1981).

2. G. Pistoia, L. Li, G. Wang, Electrochim. Acta, 37, 63 (1992).

3. P. Novak, W. Scheifele, O. Hass, J. Power Source, 54, 497 (1995).

4. N. Kumagai, A. Yu, K. West, J. Appl. Electrochem., 27, 953 (1997).

5. J. Kawakita, T. Miura, T. Kishi, Solid State Ionics, 124, 21 (1999).

6. R. Tossici, R. Murassi, M. Berrettoni, S. Stizza, G. Pistoia, Solid State Ionics, 57, 227 (1992).

7. G. Pistoia, M. Pasquali, G. Wang, L. Li, J. Electrochem. Soc. (USA), 137, 2365 (1990), doi: 10.1149/1.2086945.

8. L. Zhu, Z. Wang, L. Wang, L. Xie, J. Li, X. Cao, Chem. Eng. J., 364, 503–513 (2019).

9. L. Zhu, L. Xie, X. Cao, ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 10909–10917 (2018).

10. Z. Chen, F. Xu, S. Cao, Z. Li, H. Yang, X. Ai, Y. Cao, Small, 13, 1603148 (2017).

11. L. Zhu, W. Li, L. Xie, Q. Yang, X. Cao, Chem. Eng. J., 372, 1056–1065 (2019).

12. P. S. Kumar, S. Ayyasamy, E. S. Tok, S. Adams, M. V. Reddy, ACS Omega, 3, 3036–3044 (2018).

13. J. Shi, D. Xiao, M. Ge, X. Yu, Y. Chu, X. Huang, X. Zhang, Y. Yin, X. Yang, Y. Guo, L. Gu, L. Wan, Adv. Mater., 30, 1705575 (2018).

14. J. Kawakita, M. Majima, T. Miura, T. Kishi, J. Power Sources, 66, 135 (1997).

15. S. Panero, M. Pasquali, G. Pistoia, J. Electrochem. Soc. (USA), 130 (1983).

16. M. Li, C. Pei, F. Xiong, S. Tan, Y. Yin, H. Tang, D. Huang, Q. An, L. Mai, Electrochim. Acta, 320, 134556 (2019).

17. L. Zhu, L. Xie, C. Bao, X. Yan, X. Cao, Int. J. Energy Res., 44, 298–308 (2020).

18. R. Zhang, J. Luo, P. Lu, K. Zhu, T. Xie, P. Wang, C. Sun, F. Yang, Z. Xing, Y. Wang, J. Liu, Ceram. Int., 45, 2968–2976 (2019).

19. K. Y. Bae, G. D. Park, B. H. Kim, S. H. Cho, Y. C. Kang, K. D. Lee, W. Y. Yoon, J. Electrochem. Soc., 165, A2919–A2924 (2018).

20. L. Wang, Z. Wang, L. Xie, L. Zhu, X. Cao, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 16619–16628 (2019).

21. T. Partheeban, M. Sasidharan, J. Mater. Sci., 55, 2155–2165 (2020).

22. K. Y. Bae, Y. H. Jung, S. H. Cho, B. H. Kim, W. Y. Yoon, J. Alloys Compd., 784, 704–711 (2019).

23. X. Cao, J. Liu, L. Zhu, L. Xie, Energy Technol., 7, 1800759 (2019).

24. L. D. Picciotto, K. Adendorff, D. Liles, M. Thackeray, Solid State Ionics, 62, 297 (1993).

25. S. Jouanneau, A. Verbaereand, D. Guyomard, J. Solid State Chem., 178, 22 (2005).

26. X. Zhang, R. Frech, Electrochim. Acta, 43, 861 (1997).

27. G. Pistoia, M. D. Vona, P. Tagliatesta, Solid State Ionics, 24, 103 (1987).

28. A. Hammou, A. Hammouche, Electrochim. Acta, 33, 1719 (1988).

29. J. Kawakita, Y. Katayama, T. Miura, T. Kishi, Solid State Ionics, 110, 199 (1998).

30. M. Onoda, I. Amemiya, J. Phys.: Cond. Matter, 15, 3079 (2003).

31. T. Maxisch, F. Zhou, G. Ceder, Phys. Rev. B, 73, 104301 (2006).

32. D. Chotsawat, Maneerat, Lappawat Ngamwongwan, Paratee Komen, Pariwut Falun, Sirichok Jungthawan, Anchalee Junkaew, Suwit Suthirakun, J. Phys. Chem. C, 126, No. 43, 18216–18228 (2022).

33. E. Zhang, Qing, Alexander B. Brady, Christopher J. Pelliccione, David C. Bock, Andrea M. Bruck, Jing Li, Varun Sarbada, et al., Chem. Materials, 29, No. 5, 2364–2373 (2017).

34. P. Blaha, K. Schwarz, G. K. Madsen, H. Kvasnicka, D. Luitz, J. Wien, An Augmented Plane Wave Plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties (2001).

35. P. J. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 78, 1396 (1996).

36. S. Dudarev, G. Botton, S. Savrasov, C. Humphreys, A. Sutton, Phys. Rev. B, 57, 1505 (1998)

37. A. Zhou, et al., Phys. Rev. B, 70, 235121 (2004).

38. B. Islam, et al., J. Mater. Chem., 13, 2349–2354 (2003).

39. C. Park, et al., Solid State Ionics, 230, 74–81 (2013).

40. C. Ambrosch-Draxl, J. O. Sofo, Comp. Phys. Commun., 175, 1–14 (2006).