橄榄石型材料离子-电子耦合转移过程中的分子轨道理论描述和计算研究

doi:10.12461/PKU.DXHX202404054

大学化学 >> 2024, Vol. 39 >> Issue (12): 369-377.doi: 10.12461/PKU.DXHX202404054

橄榄石型材料离子-电子耦合转移过程中的分子轨道理论描述和计算研究

高雨¹, 王晓晓², 李莹莹¹, 陈胜利²

1 阜阳师范大学化学与材料工程学院, 安徽阜阳 236037;
2 武汉大学化学与分子科学学院, 武汉 430072

收稿日期:2024-04-10 录用日期:2024-05-08 发布日期:2024-06-06
通讯作者: 高雨 E-mail:gaoyu@fynu.edu.cn
基金资助:
安徽省自然科学基金(2022AH051329,KJ2021A0666);安徽省大学生创新创业训练计划项目(S202310371036);阜阳师范大学校级本科教学工程项目(2023JYXMSZ04);阜阳师范大学博士科研启动基金(2020KYQD0002)

Molecular Orbital Theory Description and Computational Study of Ion-Coupled Electron Transfer in Olivine-Type Materials

Yu Gao¹, Xiaoxiao Wang², Yingying Li¹, Shengli Chen²

1 School of Chemistry and Materials Engineering, Fuyang Normal University, Fuyang 236037, Anhui Province, China;
2 College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Received:2024-04-10 Accepted:2024-05-08 Published:2024-06-06
Contact: Yu Gao E-mail:gaoyu@fynu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要： 电子耦合矩阵元在橄榄石型磷酸盐正极材料离子-电子耦合转移过程中起着关键的作用。结合密度泛函理论(DFT)计算工具以及分子轨道理论在电子耦合矩阵元计算中的应用，揭示了电子耦合矩阵元的大小和橄榄石型正极材料过渡金属中心Fermi能级附近电子分布呈正相关关系。并且给出了金属中心电子结构和Li⁺扩散系数之间的定量关系，为寻找更好性能的锂离子电池正极材料提供新的理论指导思路。

关键词: 分子轨道理论, 电子耦合矩阵元, 离子-电子耦合转移, DFT计算

Abstract: The electronic coupling matrix elements play a crucial role in the ion-coupled electron transfer processes in olivine-type phosphate cathode materials. By combining Density Functional Theory (DFT) calculations with molecular orbital theory, this study reveals a positive correlation between the magnitude of the electronic coupling matrix elements and the electron density distribution near the Fermi level of the transition metal centers in olivine-type cathode materials. Furthermore, the study establishes a quantitative relationship between the electronic structure of the metal centers and the Li⁺ diffusion coefficients. These findings provide new theoretical insights for the development of high-performance lithium-ion battery cathode materials by optimizing the electronic coupling in host materials.

Key words: Molecular orbital theory, Electronic coupling matrix elements, Ion-coupled electron transfer, DFT calculation

高雨, 王晓晓, 李莹莹, 陈胜利. 橄榄石型材料离子-电子耦合转移过程中的分子轨道理论描述和计算研究[J]. 大学化学, 2024, 39(12): 369-377.

Yu Gao, Xiaoxiao Wang, Yingying Li, Shengli Chen. Molecular Orbital Theory Description and Computational Study of Ion-Coupled Electron Transfer in Olivine-Type Materials[J]. University Chemistry, 2024, 39(12): 369-377.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202404054

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2024/V39/I12/369

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