CH_3OH在Ga-rich GaAs(001)-(4×2)表面上的吸附与解离:团簇模型的密度泛函计算

采用简单团簇模型结合密度泛函理论研究了CH3OH在Ga-rich Ga As(001)-(4×2)表面上的吸附与解离过程.计算结果表明,CH3OH在Ga-rich Ga As(001)-(4×2)表面上首先会形成两种化学吸附状态,然后CH3OH经解离生成CH3O自由基和H原子吸附在表面不同位置上.通过比较各个吸附解离路径,发现解离后的H原子相对更容易吸附在位于表面第二层紧邻的As原子上.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N2、NH3、NO、CO等分子和CH3、CH、CH2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附. 从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N2相似文献   

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N2、NH3、NO、CO等分子和CH3、CH、CH2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附. 从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N2相似文献   

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.     

锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面还原型缺陷对乙醛偶联反应的作用

本文利用程序升温脱附技术(TPD)研究了乙醛吸附在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的化学性质. 实验结果表明完整晶格位点对乙醛反应表现极为惰性,而表面上的还原型缺陷位点在热驱动下可有效地使乙醛分子通过碳-碳偶联反应生成2-丁酮和丁烯. 提出了乙醛在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面偶联反应主要是通过表面还原型缺陷位吸附成对的乙醛分子,因为表面已有的钛原子对还原型缺陷为乙醛分子提供了合适的吸附位点.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N_2、NH_3、NO、CO等分子和CH_3、CH、CH_2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附.从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N_2NH_3COCH_3NOHOHNCH2OSCHC.原子类吸附物中H、N、O的最稳定吸附位均为桥位,而S、C则倾向于四重空位.所研究的分子吸附物(N_2、NH3、CO、NO),N_2和NH_3有且只有一种顶位吸附结构,CO和NO均优先吸附在空位.自由基吸附物(CH、CH_2、CH_3、OH)在Pt(100)表面上的吸附,CH_3优先吸附在顶位,CH_2、OH它们的最稳定吸附位均为桥位.原子、分子和自由基吸附后,会引起Pt(100)原子层间距的改变.     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息. 这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2相似文献   

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息.这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2NH3COCH3NOHOHCH2CNSONCHC.在所有的原子中,O原子倾向于吸附在桥位,而其余的原子则倾向于吸附在空位.除N2之外的分子吸附物(CO、NO、NH3),最佳吸附位点均为四重空位,而N2的最稳定吸附位置为顶位.对于自由基吸附物(CH、CH2、CN、OH)而言,它们倾向于吸附在四重空位,而CH3则稳定吸附在桥位.     

描述甲烷在Pt(110)-(21)表面的化学吸附解离的密度泛函评估

本文探讨了几种梯度近似(GGA)密度泛函及元梯度近似(meta-GGA)密度泛函在描述甲烷在重构的Pt(110)-(2×1)上的解离化学吸附作用的适用性. 金属的体相和表面结构、甲烷的吸附能量和解离能垒等被用来评估泛函的可靠性. 另外,在从头算分子动力学计算中,采用范德瓦尔斯矫正的GGA函数(optPBE-vdW)和范德瓦尔斯矫正的meta-GGA函数(MS-PBEl-rVV10）计算粘附概率. 计算结果表明,使用这两种泛函能更好地与现有的实验结果吻合,从而为发展甲烷在Pt(110)-(2×1)表面解离的可靠机器学习势能面打下重要基础.     

不同覆盖度下丙硫醇在Au(111)面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了丙烷硫醇 (C₃H₇SH)在Au(111)面五种覆盖度(1/16, 2/16, 3/16, 4/16, 1/3) 下的未解离和解离吸附的结构、能量和吸附性质. 发现丙烷硫醇的倾斜角和吸附能均受覆盖度影响, 计算结果显示丙烷硫醇的倾斜角随着覆盖度的增大减小了6°–10°, 吸附能随覆盖度的增大减小了0.21 eV. 特别针对饱和覆盖度, 研究了三种可能的表面结构: (2√3×2√3 ight)R30°, 2√3×3和(3×3). 发现S–H键未解离时三种表面结构的吸附构型和吸附能基本一致; S–H键解离后, (2√3×2√3 ight)R30°和2√3×3结构的吸附能比以(3×3)结构的吸附能约高0.05–0.07 eV, 说明C₃H₇S在Au(111)面吸附时, 倾向于形成(2√3×2√3 ight)R30°和2√3×3结构. 此外, 采用DFT-D2方法对饱和覆盖度下C₃H₇SH分子在Au(111)面的吸附进行了范德华修正, 结果显示分子间相互作用使吸附物和Au表面的距离减小, 该相互作用对吸附能的修正值为0.53 eV, 修正后结果与实验结果接近. 关键词： 第一性原理 覆盖度 表面结构 范德华力     

C2H4在Ru(10(1-)0)表面吸附与分解的研究

用X射线电子能谱(XPS)、热脱附谱(TDS)和紫外光电子能谱(UPS)方法研究了乙烯(C2H4)在Ru(10(1-)0)表面的吸附,在低温下(200K以下)乙稀(C2H4)可以在Ru(10(1-)0)表面上以分子状态稳定吸附,在200K以上乙烯(C2H4)则发生了脱氢分解反应.TDS结果表明乙烯(C2H4)分解后的主要产物为乙炔(C2H2).乙烯(C2H4)分解后C的1s能级向低结合能方向移动了0.3eV,而价态σCC和σCH轨道能级向高结合能方向分别移动了0.5和1.1eV.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态.采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位.结果表明:2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1 k J·mol-1猯,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1 k J·mol-1猯,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2.由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变.理论预测结果与实验结论一致.     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态。采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位。结果表明： 2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1kJ∙mol-1,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1kJ∙mol-1,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2。由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变。理论预测结果与实验结论一致。     

CHx(x=2~4)在Fe(110)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种CHx(x=2~4)在Fe(110)表面的top,hcp,SB和LB位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析。结果表明：CH4在Fe(110)表面的最稳定吸附位都是SB位,吸附能别是-38.14 kJ•mol-1,CH3在Fe(110)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能别是-171.78 kJ•mol-1,而CH2在Fe(110)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-342.43 kJ•mol-1;CH3 和CH2两物种与金属表面成键,属于化学吸附。     

低As压退火对GaAs(001)表面形貌与重构的影响

在低As压条件下退火处理原子级平坦的GaAs(001) βup 2(2×4)重构表面. 利用扫描隧道显微镜对表面进行研究, 发现随着低As压退火时间的延长, 表面形貌与表面重构的演变同步进行. 表面形貌经历了从有序平坦转变为无序平坦, 然后逐渐恢复到有序平坦状态的过程. 表面重构则由βup 2(2×4)重构逐渐转变为(2×6)重构, 然后再转变为锯齿状的(2×6)重构, 并且表面形貌与表面重构的演变存在一定的相互关系.     

CHx(x=2~4)在Fe(110)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种CHx(x=2~4)在Fe(110)表面的top,hcp,SB和LB位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析。结果表明：CH4在Fe(110)表面的最稳定吸附位都是SB位,吸附能别是-38.14 kJ•mol-1,CH3在Fe(110)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能别是-171.78 kJ•mol-1,而CH2在Fe(110)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-342.43 kJ•mol-1;CH3 和CH2两物种与金属表面成键,属于化学吸附。     

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.     

Si(001)-(2*2*1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

建立了一种计算Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的理论模型．在周期性边界条件下,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的超软赝势法对Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附进行了第一性研究．通过占位能的计算,得到了Si(001)-(2×2×1):H表面O2的最佳吸附位置．计算结果表明吸附后的反应产物应为Si=O和H2O,从理论上支持了D．Kovalev等人提出反应机制．     

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：