刘肖丽 杨立新邬赛祥 李 芬

(湘潭大学化学学院，环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湘潭 411105)

尖晶石型LiMn2O4晶体结构及锂离子筛H+/Li+交换性质研究

刘肖丽 杨立新＊邬赛祥 李 芬

(湘潭大学化学学院，环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湘潭 411105)

采用密度泛函理论平面波超软赝势和广义梯度近似法对尖晶石型LiMn2O4及其锂离子筛HMn2O4的晶体结构和性质进行了从头计算。PW91泛函最为有效，Li+被H+取代后HMn2O4晶胞收缩，点阵常数从LiMn2O4的0.823 nm减小至0.799 nm，其XRD峰也相应向高角度方向明显位移。经同种格点原子的XRD分析表明，Mn、O两元素对XRD方式和强度起着决定作用。其中Li呈+1价完全离子化，可被H+彻底交换，H与周围O在等电子密度图中呈现电子云相互连接，只带有0.42个正电荷。价轨道分态密度表明，Mn-O之间强的共价键合主要归因于Mn-d和O-p在费米能级下-7.3～-1.6 eV间的轨道重叠，形成了有利于H+/Li+交换的骨架空穴隧道。阵点和空穴多面体的体积遵守如下顺序：V8a＞V48f＞V8b、V16c＞V16d、V16c＞V48f。Li+最易迁移至邻近的 16c位置，碱金属离子的交换受到离子半径和作用能大小的限制。

LiMn2O4；XRD计算；分态密度；电子布居；离子筛

0 引 言

尖晶石型LiMn2O4是一类具有形状记忆功能可作为离子交换吸附材料的代表性物质[1]。它经酸处理后其脱锂产物HMn2O4称为锂离子筛，由于其晶格孔道和空腔尺寸与Li+大小匹配，构成了有利于H+/Li+交换的三维网络通道，对Li+表现出特定的筛选结合能力。近年来，从含锂溶液中提取锂资源受到越来越多的重视，许多研究者针对锂锰……