H2O分子在五边形BCN上的吸附与解离特性研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H₂O分子在五边形BCN上的吸附与解离过程.研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H₂O分子的最稳定的活性吸附位点. H₂O分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.191 eV,并形成稳定的OH/H产物.深入研究发现,H₂O分子初步解离后的五边形BCN表面,可直接分解后续吸附的H₂O分子.该研究结果为五边形BCN对H₂O分子的吸附解离机制提供理论借鉴.     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层(ML),0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带(nudged elastic band)方法计算了H2O的解离势垒.结果表明:在低吸附率(0.25ML和0.5ML)时,H2O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附(吸附率为1ML)时,分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.     

H2S、HCN、PH3在FeO（100）表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论研究了H2S、HCN、PH3 在FeO(100)表面的吸附行为,其吸附位点主要考虑四个：Fe-top(铁顶位)、O-top(氧顶位)、Hollow(空位)、Bridge(桥位)。结果表明H2S吸附在O-top吸附位点的吸附能最小,为-1.02ev,即在该位点的吸附体系最稳定。当HCN吸附在FeO(100)表面时,各吸附位点的稳定顺序为Hollow>Fe-top>Bridge>O-top。PH3 的最稳定的吸附位点与H2S的一致,为O-top吸附位点,其吸附能为-1.11ev。当H2S吸附在O-top吸附位点时,H2S与FeO（100）表面的电荷转移量最多,说明该吸附构型最稳定,而HCN吸附在FeO(100)表面,在Hollow吸附位点的电荷转移量最多,也即该吸附位点属于最稳定吸附位点。PH3与FeO（100）表面之间的电荷转移量最多的吸附位点与H2S的相同。当H2S和PH3吸附在O-top吸附位点时,吸附后的态密度曲线整体向低能级移动,峰值降低,其吸附结构变得更加稳定。而HCN吸附在Hollow位点时,吸附后的HCN态密度曲线向能量更低的区域移动,吸附体系变得更稳定。     

Li修饰的C_6分子对H_2O的吸附研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似研究C6Li吸附H2O分子并将之进行分解的催化过程.几何优化发现:Li原子最稳定的吸附位置是位于C原子顶位上方.研究表明,第一个H2O分子吸附在C6Li上需要克服1.77 eV的能量势垒,然后分解为H和OH且与Li原子成键.当吸附第二个H2O分子时,第二个H2O分子需要克服1.2 eV的能量势垒分解为H和OH,其中H与Li原子上的H原子结合成H2,OH则替代Li原子上的H结合在Li原子上.因此C6Li可以作为催化剂将H2O分子进行分解得到H2.分析可知:C6Li主要是通过Li原子与H2O之间形成的偶极矩作用来吸附H2O分子,与C60Li12的储氢机制类似.研究结果可为储氢材料的制备提供一个新的思路.     

水分子在Yn (n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附

运用密度泛函理论,对H2O在Yn (n=2-8) 团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明：分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H, O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了（解离吸附n=4, 5除外）主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

水分子在Yn (n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附

运用密度泛函理论,对H2O在Yn (n=2-8) 团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明：分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H, O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了（解离吸附n=4, 5除外）主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

水分子在Y_n(n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附（英文）

运用密度泛函理论,对H2O在Yn(n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明:分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H,O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了(解离吸附n=4,5除外)主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

H2S在Cr(111)面上吸附与解离的第一性原理研究

采用了第一性原理研究了H₂S在Cr(111)面的吸附解离过程，利用吸附能、吸附构型和偏态密度图(PDOS)研究了H₂S及其解离产物在Cr(111)面上的吸附情况，都偏向倾斜吸附在Cr(111)面.同时研究了HS/H和S/H共吸附情况，得到共吸附物质在Cr(111)面上有明显的相互作用.最后使用线性同步和二次同步变换方法确定了解离反应的过渡态，了解到第一、二步解离的活化能分别为1.65 eV、0.82 eV,H₂S分子在Cr(111)面上的解离过程是放热反应，反应能为-2.90 eV.     

甲醇在Pt (100)表面吸附与解离的第一性原理研究.

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期模型方法对甲醇在Pt(100)完整表面的吸附与解离进行了研究. 通过比较不同吸附位置的吸附能与构型参数发现,表面top吸附位为最稳定吸附位,甲醇分子通过氧原子吸附于Pt(100)表面. 同时计算了甲醇分子在top吸附位可能的解离路径,发现在解离过程中OH键首先断裂的路径为最低能量路径. 分解生成的若干产物其吸附稳定性排序为CH₃O>CH₂OH>CH₃>CH₂O.     

煤气气氛对汞在CeO_2(111)面吸附影响机理研究

CeO_2作为具有强大储氧能力的金属氧化物,在煤气条件下展现出极强的脱汞能力。然而对于不同煤气气分下Hg~0脱除的影响机制尚不明确。本文基于密度泛函理论的第一性原理,从竞争活性位的角度出发探究煤气气氛对Hg在CeO_2(111)面吸附的影响机制。结果表明,H2不会影响Hg在CeO_2(111)面的吸附;CO能够与部分活性S反应生成COS,消耗一部分活性S,抑制Hg在CeO_2(111)面的吸附;H_2O与Hg和H2S竞争吸附Ce Top位并且H_2O解离形成的H会抑制H_2S和HS的解离,减少活性S产生,抑制Hg的吸附。     

气体分子在Co-BN表面吸附的第一性原理研究

采用包含色散力校正的密度泛函理论(DFT-D)方法系统地研究了气体分子(O2, H2, NO, CO, CO2, SO2, H2S, H2O)在Co掺杂单层BN(Co-BN)表面的吸附, 分析了吸附小分子的几何结构, 吸附能, 电荷转移等情况. 结果表明: 1) CO等气体分子主要吸附在Co及其近邻六元环的顶位, 吸附结构的电荷转移表明掺杂原子Co对BN衬底的气敏特性有较好的调制作用; 2) 在Co-BN表面吸附的O2和CO较易被活化, 表明Co-BN可能是一种对CO氧化有较好催化活性的新型催化材料.     

含锰钢表面氢原子/氢分子吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢原子和氢分子在纯铁表面和锰原子掺杂表面的吸附与解离行为.研究结果表明,氢原子可在纯铁(001)表面稳定吸附,吸附能按照顶位,桥位和心位依次增强;而溶质原子锰降低了氢原子距离表面的位置并强化了氢原子的吸附行为.氢分子在纯铁表面的吸附解离行为取决于氢分子距离模型表面的初始距离和初始空间构型.氢分子平行于纯铁(001)表面时,距离心位1.2?发生解离,而桥位、顶位均不会发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位0.6?、顶位1.0?发生解离,心位不会发生解离.氢分子平行于锰掺杂纯铁(001)表面时,距离桥位0.6?、顶位0.7?、心位1.2?发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位、心位0.8?发生解离,而顶位放置氢分子不发生解离.归纳可知,锰溶质原子掺杂会增加铁基体表面氢原子和氢分子的吸附作用并促进氢分子发生分解.     

碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.     

CO在Ni(100)表面活化及硫中毒机理的ASED—MO研究

本文应用原子交迭和电子离域-分子轨道(ASED-MO)理论,研究了CO在Ni(100)表面活化及硫中毒机理。计算结果表明,CO顶位吸附比四度中心位吸附有更大的结合能。当CO分子被吸附于顶位时,其2π反键轨道将获得0.72个电子,解离能将从自由CO分子的11.1eV降到2.15eV。当吸附于四度中心位时,2π轨道将获得1.22个电子,解离能进一步降到1.85eV。由此看来,吸附于四度中心位的CO分子将具有更大的活性。当Ni(100)面上同时存在S原子吸附时,不同相对位置CO吸附结合能的计算结果表明,一个吸附S原子将“堵塞”四个最近邻顶位和四个最近邻中心位对CO的吸附作用,而对更远一些的吸附位则没有什么影响。这些结果支持了被吸附S原子对CO吸附的影响主要是近程性“结构效应”的观点。被吸附S原子的上述“堵塞”作用,吸附S原子后CO激活吸附位的减少,及可能存在的其它因素,构成了Ni表面的硫中毒。 关键词：     

CO2 adsorption and reaction on Fe(111): An angle resolved photoemission (ARUPS) study

Molecular CO₂ adsorption is observed on an Fe(111) surface at 85 K. For the main fraction of molecules the relative binding energies of the valence ion states as determined by ARUPS are consistent with those in the gas as well as in the condensed phase, and indicate that the electronic structure of that fraction of adsorbed molecules is only slightly distorted upon adsorption. There is a fraction of adsorbed molecules at 85 K that can be identified as bent, anionic CO₂⁻ species. While the weakly adsorbed, linear CO₂ molecules desorb at low temperature, the CO₂⁻ species is stable up to 160–180 K. The latter is proposed to be a precursor to dissociation. Above this temperature adsorbed carbon monoxide and oxygen are observed on the surface, and at room temperature the CO₂⁻ signals have disappeared. Heating above room temperature dissociates the CO molecules into carbon and oxygen.     

Low energy electron diffraction and auger electron spectroscopy studies of the structure of adsorbed gases on solid surfaces

Low energy electron diffraction (LEED) studies of the structure of adsorbed molecules on crystal surfaces revealed that ordered surface structures predominate under most conditions of the experiments. In the absence of chemical reactions with the substrate, the degree of ordering depends on the heats of adsorption, ΔH_ads, and the activation energies for surface diffusion, ΔE_D1. Since ΔH_ads is usually markedly larger than ΔE_D1, small changes of substrate temperature facilitate ordering without appreciable increase in desorption rates. The surface structures of adsorbed gases that have been reported so far have been tabulated. For molecules whose size is compatible with the interatomic distance of the substrate, rules of ordering can be proposed that permit prediction of the structure of the adsorbed layer that is likely to form. These rules indicate close packing due to attractive interactions in the adsorbed layer, and that the rotational multiplicity of the substrate is likely to be maintained by the adsorbate structure. When molecules whose dimensions are larger than the substrate interatomic distance are adsorbed, the conditions that control ordering are more complex and simple rules may not be readily applicable.The surface structures of adsorbed gases have also been studied on high Miller Index substrate surfaces. These surfaces are characterized by ordered steps separated by terraces of low index surface orientation. Many gases have different ordering characteristics on stepped surfaces than on low index crystal faces due to the stronger substrate-adsorbate interactions in these surfaces. The dissociation of diatomic molecules at steps induces the formation of new types of surface structures (frequently one-dimensional) and the dehydrogenation of hydrocarbons at steps induces the formation of ordered carbonaceous surface structures that would not nucleate on low index substrate planes.So far, mostly work function changes upon adsorption gave indication of the magnitude of charge transfer upon adsorption and on forming of new surface chemical bonds. Most recently, chemical shifts of the Auger transitions of the substrate atoms and of the adsorbed molecules upon chemisorption, have been found to provide additional information on charge redistribution during adsorption.     

V掺杂二维MoS_2体系气体吸附性能的第一性原理研究

以芥子气和沙林为代表的毒剂具有毒性强、扩散快的特点,是一类杀伤力强、难以防护的化学战剂,对其快速高效检测是一项具有挑战性的课题.本文基于第一性原理计算方法研究了V掺杂对二维MoS_2气敏性能影响的机理,发现V原子向二维MoS_2的掺杂过程为自发的放热反应, V原子可以稳定掺杂于二维MoS_2超胞结构中的S空位上.掺杂进入二维MoS_2体系的V原子作为施主中心向周围Mo原子给出电子,从而提高了材料的导电能力.吸附能、吸附距离和吸附过程中的电子转移计算结果表明V的掺杂提高了二维MoS_2对气体分子的吸附能力,增强了吸附质分子与基底表面的电子相互作用,从而提高了二维MoS_2的气敏性能.     

When Langmuir is too simple: H2 dissociation on Pd(111) at high coverage

Recent experiments of H2 adsorption on Pd(111) [Nature (London) 422, 705 (2003)]] have questioned the classical Langmuir picture of second order adsorption kinetics at high surface coverage requiring pairs of empty sites for the dissociative chemisorption. Experiments find that at least three empty sites are needed. Through density functional theory, we find that H2 dissociation is favored on ensembles of sites that involve a Pd atom with no direct interaction with adsorbed hydrogen. Such active sites are formed by aggregation of at least 3 H-free sites revealing the complex structure of the "active sites."     

TiC-和TiN-(001)表面吸附性能的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论系统研究了碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)非极性(001)表面吸附气体分子和原子的性能。鉴于这些材料拥有不同的电子结构特征,发现受电子的CO分子或未饱和的O和H原子在TiC(001)和TiN(001)表面吸附于不同的活性位点,而供电子的NH3和H2O气体分子或完全饱和的O2和H2分子仅倾向与两个表面的金属原子位点结合。这些吸附特性可能与此类材料表面的电子结构有关。