N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于色散校正的密度泛函理论进行了第一性原理研究, 详细分析了肼(N₂H₄)在Ni₈Fe₈/Ni(111)合金表面稳定吸附构型的吸附稳定性和电子结构及成键性质. 通过比较发现, 肼分子以桥接方式吸附在表面的两个Fe原子上是最稳定的吸附构型, 其吸附能为-1.578 eV/N₂H₄. 同时发现, 肼分子在这一表面上吸附稳定性的趋势为: 桥位比顶位吸附更有利, 且在Fe原子上比在Ni原子上的吸附作用更强. 进一步分析了不同吸附位点上稳定吸附构型的电子结构、电荷密度转移以及电子局域化情况. 结果发现: 相同吸附位点的电子态密度图基本一致, 并且N原子的p轨道和与之相互作用的表面原子的d轨道之间存在态密度上的重叠; 吸附后电荷密度则主要从肼分子转移到表面原子之上; 在电子局域化函数切面图中也发现吸附后电子被局域到肼分子的N原子和相邻的表面原子之间. 这些电子结构的表征都充分说明肼分子与表面原子之间通过电荷转移形成了强烈的配位共价作用.     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

无序二元合金（NixCu1－x）不同解理面上O吸附对Cu偏析的影响

应用计算机编程构造出了存在和不存在表面偏析的无序二元合金Ni_xCu_1-x (x=0.4)(１００)表面及(１１０)表面的原子集团模型，然后按覆盖度θ=0.5，构造 出了O吸附后的原子集团模型，应用Recursion方法计算了O在Ni_xCu_{1-x(存在偏析和不存在偏析时)无序二元合金(１００)和(１１０)表面吸附的电子结构.由此 得出：1)O吸附使合金表面态密度峰降低，带宽加宽，并且表面Ni原子的d电子与吸附质O原 子的s，p电子的共价作用比Cu更强烈；2)O吸附在NixCu1-x(x=0.4) (１１０)表面比(１００)表面更稳定；3)O的吸附抑制了Cu在表面富集，且这种作用主要表 现在表面一层. 关键词： 化学吸附 表面偏析 Recursion方法 态密度}     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势：O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti₁和Ti₂空位的产生均使O₁自发地与周围的O原子团聚,O_i原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti_i2缺陷几乎 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 点缺陷 表面结构     

密度泛函理论研究CO与Nin（n=1—6）团簇的相互作用

采用密度泛函理论对CO吸附在镍团簇表面进行了系统研究.结果表明,Ni_nCO团簇的最低能量结构是在Ni_n团簇最低能量结构的基础上吸附CO生长而成,CO的吸附没有改变Ni_n团簇的结构;CO分子在Ni_n团簇表面发生的是非解离性吸附,与优化的CO键长（0.1138?nm）相比,吸附后C—O键长变长（0.1180—0.1214?nm）,表明吸附后C—O键被削弱,CO分子被活化.自然键轨道分析表明,CO分子只与最近邻的Ni原子发生相互作用;CO分子与Ni原子相互作用的本质是CO分子内的杂化轨道与Ni原子3d, 4s, 4p轨道相互作用的结果. 关键词： nCO团簇')" href="#">Ni_nCO团簇 n团簇')" href="#">Ni_n团簇 平衡结构 电子性质     

O2在Pt(111)面吸附与解离的原子交叠电子离域研究

用原子交叠和电子离域-分子轨道(ASED-MO)方法和原子集团模型Pt₂₁O₂研究了O₂与Pt(111)面的相互作用过程。由总能极小,发现O₂在Pt(111)面平躺吸附比垂直吸附能量更低,其中O₂平行吸附于桥位是最稳定的吸附位,而且O₂分子键长伸长到1.35?,与最近的近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)实验值(1.37±0.05)?符合得很好。同时,衬底向O_{2 关键词：}     

H原子在Al(111)和Ag(111)面上的吸附

本文用电荷自洽的EHT方法,研究了H原子在Al(111)和Ag(111)面上的吸附,结果指出:在Al(111)面上,H以原子状态吸附在某些对称位置上,它也能渗透到表面层中去,成为填隙原子;H₂分子在表面处发生解离吸附。在Ag(111)表面上,H原子有可能以分子状态吸附,H—H键平行于表面,这与高分辨率电子能量损失谱所得到的实验结果一致;但H₂分子在Ag(111)表面也可能发生解离吸附。 关键词：     

SO2/Ni(111)吸附系统局域结构的多重散射团簇理论研究

用多重散射团族方法对SO₂/Ni(111)吸附系统的S原子ls近边X射线吸收精细结构进行了详细的计算和分析,求得吸附系统的局域结构。研究结果证实了SO₂分子在Ni(111)表面是平铺吸附的,其最佳吸附位为fcc三度芯位。吸附分子的S—O键长比气体状态时增长了(0.007±0.002)nm,分子键角∠OSO减小了10°,SO₂距衬底的吸附高度为(0.20±0.02)nm。理论计算与两组实验结果进行了直接比较。 关键词： 局域吸附结构 X射线吸收精细结构 2/Ni(111)')" href="#">吸附系统SO₂/Ni(111) 多重散射团簇方法     

Ni(111)表面一氧化碳和氢共吸附的密度泛函理论研究

本文用密度泛函理论(DFT)的总能计算研究了一氧化碳和氢原子在Ni(111)表面上p(2×2)共吸附系统的原子结构和电子态，结果表明CO和H原子分别被吸附于两个对角p(1×1)元胞的hcp和fcc位置.以氢分子和CO分子作为能量参考点，总吸附能为2.81 eV，相应的共吸附表面功函数φ为6.28 eV.计算得到的C—O，C—Ni和H—Ni的键长分别是1.19?, 1.96?和 1.71?，并且CO分子以C原子处于hcp的谷位与金属衬底原子结合.衬底Ni(111)的最外两层的晶面间距在吸附后的相对变化分别是 关键词： Fisher-Tropsch反应 催化作用 Ni(111) p(2×2)/(CO+H) 共吸附     

Li修饰的C24团簇的储氢性能

利用密度泛函理论研究了Li原子修饰的C₂₄团簇的储氢性能. Li原子在C₂₄团簇表面的最佳结合位是五元环. Li原子与C₂₄团簇之间的作用强于Li原子之间的相互作用, 能阻止它们在团簇表面发生聚集. 当Li原子结合到C₂₄表面时, 它们向C原子转移电子后带正电荷. 当氢分子接近这些Li原子时, 在电场作用下发生极化, 通过静电相互作用吸附在Li原子周围. 在Li修饰的C₂₄复合物中, 每个Li原子能吸附两到三个氢分子, 平均吸附能处于0.08到0.13 eV/H₂范围内. C₂₄Li₆能吸附12个氢分子, 储氢密度达到6.8 wt%.     

第一性原理研究O2在TiN4掺杂石墨烯上的氢化

作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料, 金属与N共掺杂的石墨烯因其对氧还原反应具有较高的活性而引起了人们的广泛关注. 采用包含色散力校正的密度泛函理论方法系统地研究了O₂在TiN₄掺杂的Graphene上的吸附, 氢化特性. 结果表明: 1) O₂倾向于以side-on模式吸附在Ti顶位, 形成O-Ti-O三元环结构; 2) O₂在TiN₄-Graphene上更倾向于以分子形式直接氢化, 形式OOH结构, 并进一步解离为O+OH, 反应的限速步为O₂的氢化, 对应的反应势垒为0.52 eV.     

三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,在广义梯度近似下,研究了立方WO_3,WO_3(001)表面结构及其氢吸附机理.计算结果表明立方晶体WO_3理论带隙宽度为0.587 eV.WO_3(001)表面有WO终止(001)表面和O终止(001)表面两种结构,表面结构优化后W—O键长和W—O—W键角改变,从而实现表面弛豫;WO终止(001)表面和O终止(001)表面分别呈现n型半导体特征和p型半导体特征.分别计算了H原子吸附在WO终止(001)表面和O终止(001)表面的H—O_(2c)—H,H—O_(2c)…H—O_(2c),H—O_(1c)—H和H—O_(1c)…H—O_(1c)四种吸附构型,其中H—O_(1c)—H吸附构型的吸附能最小,H—O键最短,H失去电子数最多,分别为-3.684 eV,0.0968 nm和0.55e,此吸附构型最稳定.分析其吸附前后的态密度,带隙从吸附前的0.624 eV增加到1.004 eV,价带宽度基本不变.H的1s轨道电子与O的2p,2s轨道电子相互作用,在-8和-20 eV附近各形成了一个较强的孤立电子峰,两个H原子分别与一个O_(1c)原子形成化学键,最终吸附反应生成了一个H_2O分子,同时产生了一个表面氧空位.     

催化前驱体亚硝酰硝酸钌中杂质元素的质谱分析

钌催化前驱体是影响负载型钌催化剂催化性能最重要因素。前驱体中的部分杂质会对催化性能产生抑制作用，尤其是S，P，Cl，As等杂质元素含量过高会降低催化剂的活性，严重时会造成催化剂中毒；因此，必须严格控制催化前驱体中杂质元素的含量。建立了快速准确测定催化前驱体亚硝酰硝酸钌（Ru(NO)(NO₃)₃）中杂质元素的分析方法。Ru(NO)(NO₃)₃经稀硝酸溶解后采用电感耦合等离子体串联质谱（ICP-MS/MS）直接测定其中的8个杂质元素（P，S，Ti，V，Cr，Mn，Fe，As）。为防止Ru(NO)(NO₃)₃溶液水解形成Ru(NO)(NO₃)x(OH)_3-x，采用稀硝酸介质有效维持了样品溶液的稳定性。在MS/MS模式下，通过一级四极杆质量过滤器（Q₁）控制进入碰撞/反应池（CRC）的离子，仅允许与待测元素具有相同质荷比（m/z）的离子进入CRC，从而将来自样品基质和等离子气Ar所形成的干扰离子阻止在CRC外，消除了大量质谱干扰。通过向CRC内通入O₂为反应气，目标离子P+，S+，Ti+，V+，As+与O₂的反应为放热过程（31P++O₂→31P16O++O，ΔH_r=-3.17 eV；32S++O₂→32S16O++O，ΔH_r=-0.34 eV；48Ti++O₂→48Ti16O++O，ΔH_r=-1.63 eV；51V++O₂→51V16O++O，ΔH_r=-0.85 eV；75As++O₂→75As16O++O，ΔH_r=-0.63 eV），能自发反应生成氧化物离子；目标离子Cr+，Mn+与O₂的反应为吸热过程（52Cr++ O₂→52Cr16O++O，ΔH_r=+1.38 eV；55Mn++O₂→55Mn16O++O，ΔH_r=+2.15 eV）。为促进Cr+，Mn+与O₂发生反应，通过调整CRC的工作参数，设置八极杆偏置电压为较大的负电压，使Cr+和Mn+在与O₂反应前被加速，提高Cr+和Mn+的动能，促进了反应的发生，通过吸热反应生成氧化物离子；而P+，S+，Ti+，V+，Cr+，Mn+，As+干扰离子在CRC内不能与O₂发生反应，仍然保持原始的m/z。通过二级四极杆质量过滤器（Q₂）将这些干扰离子阻止在外，仅允许所形成的氧化物离子进入检测器，几乎完全消除了元素P，S，Ti，V，Cr，Mn，As的所有质谱干扰。NH₃因含一对孤对电子而具有高反应活性，能与很多金属离子反应形成团簇离子。通过向CRC内通入NH₃/He为反应气，目标离子Fe+与NH₃发生质量转移反应，在所形成多个团簇离子中，Fe(NH₃)+₂的丰度最高且无干扰，通过NH₃质量转移法消除干扰。结果显示，8个元素在0～500 μg·L-1范围内具有良好的线性关系，线性相关系数≥0.999 8。方法的检出限为0.29～485 ng·L-1，按所建立的方法分析了实际样品中8个杂质元素的含量，各元素的加标回收率为93.2%～107.5%，相对标准偏差（RSD）≤3.9%。方法具有样品处理简单、分析速度快和精密度高的特点，适合催化前驱体亚硝酰硝酸钌中多个杂质元素的准确测定，为制备负载型钌催化剂提供了质量保障。     

Adsorption of oxygen on Au(111) by exposure to ozone

Atomic oxygen coverages of up to 1.2 ML may be cleanly adsorbed on the Au(111) surface by exposure to O₃ at 300 K. We have studied the adsorbed oxygen layer by AES, XPS, HREELS, LEED, work function measurements and TPD. A plot of the O(519 eV)/Au(239 eV) AES ratio versus coverage is nearly linear, but a small change in slope occurs at Θ_O=0.9 ML. LEED observations show no ordered superlattice for the oxygen overlayer for any coverage studied. One-dimensional ordering of the adlayer occurs at low coverages, and disordering of the substrate occurs at higher coverages. Adsorption of 1.0 ML of oxygen on Au(111) increases the work function by +0.80 eV, indicating electron transfer from the Au substrate into an oxygen adlayer. The O(1s) peak in XPS has a binding energy of 530.1 eV, showing only a small (0.3 eV) shift to a higher binding energy with increasing oxygen coverage. No shift was detected for the Au 4f_7/2 peak due to adsorption. All oxygen is removed by thermal desorption of O₂ to leave a clean Au(111) surface after heating to 600 K. TPD spectra initially show an O₂ desorption peak at 520 K at low Θ_O, and the peak shifts to higher temperatures for increasing oxygen coverages up to Θ_O=0.22 ML. Above this coverage, the peak shifts very slightly to higher temperatures, resulting in a peak at 550 K at Θ_O=1.2 ML. Analysis of the TPD data indicates that the desorption of O₂ from Au(111) can be described by first-order kinetics with an activation energy for O₂ desorption of 30 kcal mol⁻¹ near saturation coverage. We estimate a value for the Au–O bond dissociation energy D(Au–O) to be 56 kcal mol⁻¹.     

非晶纳米Ni500团簇等温晶化过程中的结构与动力学研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了500个Ni原子(简称Ni₅₀₀)组成的纳米团簇的等温晶化过程. 通过对纳米Ni团簇的动力学行为和微观结构演变的研究, 发现Ni₅₀₀在高温时是一步晶化的, 在低温时则呈现出多步晶化的特征. 在多步晶化的过程中, 团簇结构会陷入多个亚稳态结构, 经过原子重排, 进入能量更低的亚稳态, 最后完成晶化. 在多步晶化过程中, 原子的位置重排是通过协同跳跃运动实现的, 其协同运动方式不但有常见的线型协同运动, 也有多个原子的集体平移运动等其他形式. 关键词： 分子动力学模拟 纳米Ni团簇 协同运动     

Growth, structure and oxidation of ordered silicon layers on nickel (001)

Thin silicon films deposited in ultra-high vacuum on Ni(001) have been studied, as a function of annealing and/or O₂ exposure, using Auger spectroscopy and low energy electron diffraction. Annealing at temperatures as low as 200 ° C causes rapid intermixing, with only about one monolayer of Si (θ ≈ 1) remaining in a disordered surface layer. Annealing at successively higher temperatures causes further intermixing and the appearance of a c(2 × 2) ordered overlayer (θ = 0.5). The rate of O chemisorption and the structure of the oxide are found to depend on the structure of the adsorbed Si layer. For the c(2 × 2) layer, O₂ exposure leads to the rapid formation of multiple Si---O bonds at all surface Si sites, as in the case of bulk Ni₃Si. This effect is less pronounced (and the saturation O coverage lower) for a surface having a somewhat higher Si coverage but in the form of a disordered layer. The results are interpreted in terms of the involvement of underlayer Ni atoms in promoting O₂ dissociation.     

Electron stimulated desorption of O2 from gadolinia-doped ceria surfaces

The interactions of gas phase oxygen with gadolinia-doped ceria (GDC) surfaces are investigated by electron stimulated desorption (ESD). The primary desorbed cationic species related to molecular oxygen adsorption is O₂⁺. The threshold energy for ESD of O₂⁺ is 13–14 eV, indicating electron impact ionization of molecular oxygen bound at oxygen vacancies. Dependence of O₂⁺ velocities upon incident electron energy and substrate temperature reveals the dominant influence of the effective charge of the adsorption complex. The O₂⁺ velocity distribution is bimodal, and the onset of the faster components at room temperature is related to the balance between fluxes of incident electrons and secondary electron emission, causing effective hole production and neutralization of trapped electrons at surface states.     

Three-Ni-atom cluster formed by sulfur adsorption on Ni(1 1 1)

Sulfur adsorption on Ni(1 1 1) at room temperature has been studied by scanning tunneling microscopy. Irregularly-shaped islands, which are aggregates of small particles, appear with troughs on (1 1 1) terraces. Estimating the number of small particles in the irregular islands and that of Ni atoms ejected through the formation of troughs, we find that each small particle contains three Ni atoms. A three-Ni-atom cluster is proposed, where three S atoms are adsorbed on 4-fold hollow sites formed on the sides of the cluster. The Ni₃S₃ cluster can assume two orientations on the (1 1 1) surface. We show that the apparently-irregular distribution of small particles is well understood by assuming the alternate orientation of neighboring Ni₃S₃ clusters and the slight energy difference between the two orientations of a single Ni₃S₃ cluster. Real-time observation of a Ni(1 1 1) surface under H₂S ambience reveals that small islands composed of three or four Ni₃S₃ clusters change their positions rapidly, preventing the simple growth of islands at the initially-nucleated positions.