Computer simulation of the phase stabilities of lithiated TiO2 polymorphs

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 114, Issue 44, 2010, Pages 19096-19107

  Kerisit, Sebastien ^a   Rosso, Kevin M ^a   Yang, Zhenguo ^a   Liu, Jun ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BONDING ENVIRONMENT; COMPUTATIONAL APPROACH; DFT CALCULATION; ENERGY MINIMIZATION; EXCHANGE-CORRELATION POTENTIAL; EXPERIMENTAL STUDIES; FORCE FIELD PARAMETERS; HEXAGONAL STRUCTURES; HOLLANDITES; LATTICE DEFORMATION; LATTICE INTERACTIONS; LINEAR COMBINATION OF ATOMIC ORBITALS; LITHIATION; LITHIUM CONTENT; LITHIUM INSERTION; NANO-MATERIALS; NATURALLY OCCURRING; PHASE TRANSFORMATION; POTENTIAL MODEL; RELATIVE STABILITIES; SHELL MODELS; SPINEL STRUCTURE; STRUCTURE AND ENERGETICS; TIO; TITANIA; TOTAL ENERGY;

COMPUTATIONAL METHODS; COMPUTER SIMULATION; CRYSTAL STRUCTURE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; LITHIUM; OXIDE MINERALS; PHASE STABILITY; POLYMORPHISM; QUANTUM CHEMISTRY; SULFUR COMPOUNDS; TITANIUM;

TITANIUM DIOXIDE;

EID: 78149265527     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp103809s     Document Type: Article

References (118)

1. Johnson, O. W. Phys. Rev. 1964, 136, 284
2. Kavan, L.; Fattakhova, D.; Krtil, P. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 1375
3. Baudrin, E.; Cassaignon, S.; Koelsch, M.; Jolivet, J.-P.; Dupont, L.; Tarascon, J.-M. Electrochem. Commun. 2007, 9, 337
4. Murphy, D. W.; Di Salvo, F. J.; Carides, J. N.; Waszczak, J. V. Mater. Res. Bull. 1978, 13, 1395
5. Borghols, W. J. H.; Wagemaker, M.; Lafont, U.; Keller, E. M.; Mulder, F. M. Chem. Mater. 2008, 20, 2949
6. Zachau-Christiansen, B.; West, K.; Jacobsen, T.; Atlung, S. Solid State Ion. 1988, 28-30, 1176
7. Macklin, W. J.; Neat, R. J. Solid State Ionics 1992, 53-56, 694
8. Hu, Y.-S.; Kienle, L.; Guo, Y.-G.; Maier, J. Adv. Mater. 2006, 18, 1421
9. Reddy, M. A.; Kishore, M. S.; Pralong, V.; Caignaert, V.; Varadaraju, U. V.; Raveau, B. Electrochem. Commun. 2006, 8, 1299
10. Jiang, C.; Honma, I.; Kudo, T.; Zhou, H. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10, A127
11. Wang, D.; Choi, D.; Yang, Z.; Viswanathan, V. V.; Nie, Z.; Wang, C.; Song, Y.; Zhang, J.-G.; Liu, J. Chem. Mater. 2008, 20, 3435
12. Qiao, H.; Wang, Y.; Xiao, L.; Zhang, L. Electrochem. Commun. 2008, 10, 1280
13. Whittingham, M. S.; Dines, M. B. J. Electrochem. Soc. 1977, 124, 1387
14. Bonino, F.; Busani, L.; Lazzari, M.; Manstretta, M.; Rivolta, B. J. Power Sources 1981, 6, 261
15. Ohzuku, T.; Takehara, Z.; Yoshizawa, S. Electrochim. Acta 1979, 24, 219
16. Ohzuku, T.; Hirai, T. Electrochim. Acta 1982, 27, 1263
17. Ohzuku, T.; Kodama, T.; Hirai, T. J. Power Sources 1985, 14, 153
18. van de Krol, R.; Goossens, A.; Meulenkamp, E. A. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 3150
19. Koudriachova, M. V.; de Leeuw, S. W.; Harrison, N. M. Phys. Rev. B 2004, 69 054106
20. Wagemaker, M.; Van de Krol, R.; Kentgens, A. P. M.; Van Well, A. A.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11454
21. Cava, R. J.; Murphy, D. W.; Zahurak, S.; Santoro, A.; Roth, R. S. J. Solid State Chem. 1984, 53, 64
22. Wagemaker, M.; Kentgens, A. P. M.; Mulder, F. M. Nature 2002, 418, 397
23. Wagemaker, M.; Borghols, W. J. H.; van Eck, E. R. H.; Kentgens, A. P. M.; Kearley, G. J.; Mulder, F. M. Chem. - Eur. J. 2007, 13, 2023
24. Wagemaker, M.; Borghols, W. J. H.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4323
25. Sudant, G.; Baudrin, E.; Larcher, D.; Tarascon, J.-M. J. Mater. Chem. 2005, 15, 1263
26. Murphy, D. W.; Cava, R. J.; Zahurak, S. M.; Santoro, A. Solid State Ionics 1983, 9&10, 413
27. Anji Reddy, M.; Satya Kishore, M.; Pralong, V.; Varadaraju, U. V.; Raveau, B. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10, A29
28. Anji Reddy, M.; Pralong, V.; Varadaraju, U. V.; Raveau, B. Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, A132
29. Lee, D.-H.; Park, J.-G.; Choi, K. J.; Choi, H.-J.; Kim, D.-W. Eur. J. Inorg. Chem. 2008, 878
30. Lee, D.-H.; Kim, D.-W.; Park, J.-G. Cryst. Growth Design 2008, 8, 4506
31. Marchand, R.; Brohan, L.; Tournoux, M. Mater. Res. Bull. 1980, 15, 1129
32. Brohan, L.; Marchand, R. Solid State Ionics 1983, 9-10, 419
33. Zachau-Christiansen, B.; West, K.; Jacobsen, T.; Skaarup, S. Solid State Ionics 1992, 53-56, 364
34. Armstrong, A. R.; Armstrong, G.; Canales, J.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2286
35. Armstrong, G.; Armstrong, A. R.; Canales, J.; Bruce, P. G. Chem. Commun. 2005, 2454
36. Armstrong, A. R.; Armstrong, G.; Canales, J.; Bruce, P. G. J. Power Sources 2005, 146, 501
37. Armstrong, A. R.; Armstrong, G.; Canales, J.; García, R.; Bruce, P. G. Adv. Mater. 2005, 17, 862
38. Armstrong, F. A.; Armstrong, G.; Canales, J.; Bruce, P. G. Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, A139
39. Armstrong, G.; Armstrong, A. R.; Bruce, P. G.; Reale, P.; Scrosati, B. Adv. Mater. 2006, 18, 2597
40. Wilkening, M.; Lyness, C.; Armstrong, A. R.; Bruce, P. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4741
41. Panduwinata, D.; Gale, J. D. J. Mater. Chem. 2009, 19, 3931
42. Arrouvel, C.; Parker, S. C.; Islam, M. S. Chem. Mater. 2009, 21, 4778
43. Petrov, K.; Tsolovski, I. Phys. Status Solidi A 1980, 58, K85
44. Gover, R. K. B.; Irvine, J. T. S.; Finch, A. A. J. Solid State Chem. 1997, 132, 382
45. Abrahams, I.; Bruce, P. G.; David, W. I. F.; West, A. R. J. Solid State Chem. 1989, 78, 170
46. Chen, C. J.; Greenblatt, M. Mater. Res. Bull. 1985, 20, 1347
47. Garnier, S.; Bohnke, C.; Bohnke, O.; Fourquet, J. L. Solid State Ionics 1996, 83, 323
48. Arroyo y de Dompablo, M. E.; Morán, E.; Várez, A.; García-Alvarado, F. Mater. Res. Bull. 1997, 32, 993
49. Akimoto, J.; Gotoh, Y.; Oosawa, Y.; Nonose, N.; Kumagai, T.; Aoki, K. J. Solid State Chem. 1994, 113, 27
50. Kuhn, A.; Amandi, R.; Garcia-Alvarado, F. J. Power Sources 2001, 92, 221
51. Kuhn, A.; Baehtz, C.; Garcia-Alvarado, F. J. Power Sources 2007, 174, 421
52. Koudriachova, M. V. Chem. Phys. Lett. 2008, 458, 108
53. Gover, R. K. B.; Irvine, J. T. S. J. Solid State Chem. 1998, 141, 365
54. Gover, R. K. B.; Tolchard, J. R.; Tukamoto, H.; Murai, T.; Irvine, J. T. S. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 4348
55. Noailles, L. D.; Johnson, C. S.; Vaughey, J. T.; Thackeray, M. M. J. Power Sources 1999, 81-82, 259
56. Deschanvres, A.; Raveau, B.; Sekkal, Z. Mater. Res. Bull. 1971, 6, 699
57. Johnston, D. C.; Prakash, H.; Zachariasen, W. H.; Viswanathan, R. Mater. Res. Bull. 1973, 8, 777
58. Colbow, K. M.; Dahn, J. R.; Haering, R. R. J. Power Sources 1989, 26, 397
59. Scharner, S.; Weppner, W.; Schmid-Beurmann, P. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 857
60. Wagemaker, M.; Simon, D. R.; Kelder, E. M.; Schoonman, J.; Ringpfeil, C.; Haake, U.; Lützenkirchen-Hecht, D.; Frahm, R.; Mulder, F. M. Adv. Mater. 2006, 18, 3169
61. Koudriachova, M. V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5094
62. Ouyang, C. Y.; Zhong, Z. Y.; Lei, M. S. Electrochem. Commun. 2007, 9, 1107
63. Zhong, Z. Y.; Ouyang, C. Y.; Shi, S. Q.; Lei, M. S. ChemPhysChem 2008, 9, 2104
64. Anicete-Santos, M.; Gracia, L.; Beltrán, A.; Andrés, J.; Varela, J. A.; Longo, E. Phys. Rev. B 2008, 77 085112
65. Hewston, T. A.; Chamberland, B. L. J. Phys. Chem. Solids 1987, 48, 97
66. Benco, L.; Barras, J.-L.; Daul, C. D. Inorg. Chem. 1999, 38, 20
67. Aydinol, M. K.; Kohan, A. F.; Ceder, G.; Cho, K.; Joannopoulos, J. Phys. Rev. B 1997, 56, 1354
68. Koudriachova, M. V.; de Leeuw, S. W.; Harrison, N. M. Chem. Phys. Lett. 2003, 371, 150
69. Lecerf, A. Ann. Chim. 1962, 7, 513
70. Vijayakumar, M.; Kerisit, S.; Wang, C.; Nie, Z.; Rosso, K. M.; Yang, Z.; Graff, G. L.; Liu, J.; Hu, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14567
71. Mackrodt, W. C. J. Solid State Chem. 1999, 142, 428
72. Olson, C. L.; Nelson, J.; Islam, M. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9995
73. Kerisit, S.; Rosso, K. M.; Yang, Z.; Liu, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20998
74. Born, M.; Huang, K. Dynamical Theory of Crystal Lattices; Oxford University Press: Oxford, U.K., 1954.
75. Matsui, M.; Akaogi, M. Mol. Simul. 1991, 6, 239
76. Swamy, V.; Gale, J. D.; Dubrovinsky, L. S. J. Phys. Chem. Solids 2001, 62, 887
77. Dubrovinskaia, N. A.; Dubrovinsky, L. S.; Ahuja, R.; Prokopenko, V. B.; Dmitriev, V.; Weber, H.-P.; Osorio-Guillen, J. M.; Johansson, B. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 275501
78. Kerisit, S.; Deskins, N. A.; Rosso, K. M.; Dupuis, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7678
79. Dick, B. G.; Overhauser, A. W. Phys. Rev. 1958, 112, 90
80. Watson, G. W.; Kelsey, E. T.; de Leeuw, N. H.; Harris, D. J.; Parker, S. C. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 433
81. Bogomolov, V. N.; Kudinov, E. K.; Mirlin, D. N.; Firsov, Y. A. Sov. Phys. Solid State 1968, 9, 1630
82. Bogomolov, V. N.; Kudinov, E. K.; Firsov, Y. A. Sov. Phys. Solid State 1968, 9, 2502
83. Nowotny, J.; Radecka, M.; Rekas, M. J. Phys. Chem. Solids 1997, 58, 927
84. Yagi, E.; Hasiguti, R. R.; Aono, M. Phys. Rev. B 1996, 54, 7945
85. Hendry, E.; Wang, F.; Shan, J.; Heinz, T. F.; Bonn, M. Phys. Rev. B 2004, 69 081101
86. Heluani, S. P.; Comedi, D.; Villafuerte, M.; Juarez, G. Physica A 2007, 398, 305
87. Södergren, S.; Siegbahn, H. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 3087
88. Henningsson, A.; Rensmo, H.; Sandell, A.; Siegbahn, H.; Södergren, S.; Lindström, H.; Hagfeldt, A. J. Chem. Phys. 2003, 118, 5607
89. Richter, J. H.; Henningsson, A.; Karlsson, P. G.; Andersson, M. P.; Uvdal, P.; Siegbahn, H.; Sandell, A. Phys. Rev. B 2005, 71, 235418
90. Lunell, S.; Stashans, A.; Ojamäe, L.; Lindström, H.; Hagfeldt, A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7374
91. Persson, P.; Bergström, R.; Ojamäe, L.; Lunell, S. Adv. Quantum Chem. 2002, 41, 203
92. Dovesi, R.; Saunders, V. R.; Roetti, C.; Orlando, R.; Zicovich-Wilson, C. M.; Pascale, F.; Civalleri, B.; Doll, K.; Harrison, N. M.; Bush, I.; Da'rco, P.; Llunell, M. CRYSTAL06, 2006.
93. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
94. Demichelis, R.; Catti, M.; Dovesi, R. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 6785
95. Dovesi, R.; Valenzano, L.; Pascale, F.; Zicovish-Wilson, C. M.; Orlando, R. J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 416
96. Catti, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11068
97. Zicovich-Wilson, C. M. LOPTCG (Shell procedure for numerical gradient optimizations), Valencia, Spain, 1998.
98. Catti, M.; Valerio, G.; Dovesi, R. Phys. Rev. B 1995, 51, 7441
99. Apra, E. Ph.D. Thesis, University of Torino, 1992.
100. Durand, P.; Barthelat, J. C. Theor. Chim. Acta 1975, 38, 283
101. Hull, S.; Farley, T. W. D.; Hayes, W.; Hutchings, M. T. J. Nucl. Mater. 1988, 160, 125
102. Dovesi, R.; Roetti, C.; Freyria-Fava, C.; Prencipe, M.; Saunders, V. R. Chem. Phys. 1991, 156, 11
103. Oda, T.; Oya, Y.; Tanaka, S.; Weber, W. J. J. Nucl. Mater. 2007, 367-370, 263
104. Bush, T. S.; Gale, J. D.; Catlow, C. R. A.; Battle, P. D. J. Mater. Chem. 1994, 4, 831
105. Goel, P.; Choudhury, N.; Chaplot, S. L. Phys. Rev. B 2004, 70, 174307
106. Koudriachova, M. V.; Harrison, N. M.; de Leeuw, S. W. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 1275
107. Koudriachova, M. V.; Harrison, N. M.; de Leeuw, S. W. Comput. Mater. Sci. 2002, 24, 235
108. Koudriachova, M. V.; Harrison, N. M.; de Leeuw, S. W. Phys. Rev. B 2002, 65, 235423
109. Koudriachova, M. V.; Harrison, N. M.; de Leeuw, S. W. Solid State Ionics 2003, 157, 35
110. Koudriachova, M. V.; Harrison, N. M.; de Leeuw, S. W. Solid State Ionics 2004, 175, 829
111. Tielens, F.; Calatayud, M.; Beltran, A.; Minot, C.; Andres, J. J. Electroanal. Chem. 2005, 581, 216
112. Feist, T. P.; Davies, P. K. J. Solid State Chem. 1992, 101, 275
113. Wagemaker, M.; Kearley, G. J.; van Well, A. A.; Mutka, H.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 840
114. Vijayakumar, M.; Kerisit, S.; Yang, Z.; Graff, G. L.; Liu, J.; Sears, J. A.; Burton, S. D.; Rosso, K. M.; Hu, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20108
115. Abrahams, S. C.; Bernstein, J. L. J. Chem. Phys. 1971, 55, 3206
116. Rao, K. V. K.; Naidu, S. V. N.; Iyengar, I. J. Am. Ceram. Soc. 1970, 53, 124
117. Meagher, E. P.; Lager, G. A. Can. Mineral. 1979, 17, 77
118. Sasaki, T.; Watanabe, M.; Fujiki, Y. Acta Crystallogr. 1993, 49, 838