CO2在沸石咪唑酯骨架材料中的吸附机理研究

沸石咪唑脂骨架材料（ZIFs）是一种新型的温室气体CO₂吸附材料。本文采用密度泛函理论计算CO₂在ZIF-68两种不同类型链（nIM和bIM）上的吸附能,计算中选用GGA/PW91泛函。计算结果表明CO₂分子在nIM链上和bIM链上的吸附存在明显的差异。在bIM链上,由于弱的C-H键的存在导致吸附过程中链的几何形状容易发生变形,从而得到较大的吸附能。吸附过程中CO₂分子的键角均有变化,在硝基官能团附近发生吸附时由于硝基的极化作用导致CO₂分子键角变化较其它吸附位变化明显。CO₂分子在nIM和bIM链上的吸附主要以物理吸附为主,范德华力是主要的相互作用力。     

Pu(100)表面吸附CO2的密度泛函研究

采用广义梯度密度泛函理论的改进Perdew-Burke-Ernzerh方法结合周期性层晶模型,研究了CO₂分子在Pu（100）面上的吸附和解离.吸附能和几何构型的计算表明,CO₂以穴位C4O4构型吸附最为有利,吸附能为1.48 eV.布居分析和态密度分析表明,CO₂与Pu表面相互作用的本质主要是CO₂分子的杂化轨道2π_μ与Pu5f,Pu6d,Pu7s轨道通过强电子转移和弱重叠杂化的方式相互作用而生成了新的化学键.计算的CO₂→CO+O解离能垒为0.66 eV,解离吸附能为2.65 eV, 表明在一定热激活条件下CO₂分子倾向于发生解离性吸附.O₂,H₂,CO和CO₂在Pu （100）面吸附的比较分析表明,较低温度下的吸附强度顺序依次为O₂,CO,CO₂,H₂;较高温度下的吸附强度顺序依次为O₂,CO₂,CO,H₂. 关键词： 密度泛函理论 Pu （100） 2')" href="#">CO₂ 吸附和解离     

CO2在金属有机骨架材料有机链上的吸附机理研究

金属有机骨架是一种新型的温室气体CO₂吸附材料。本文采用密度泛函理论（DFT）方法研究CO₂在MOF-5有机链上的6种不同吸附位置及其3种不同构型下的吸附行为。考虑GGA水平下三种不同泛函对计算结果的影响,对比发现GGA/PW91泛函能够较好地计算CO₂分子与有机链原子之间的弱范德华力;发现CO₂分子与苯环边相交以及与苯环上的碳原子平行是两种吸附能最大的构型;利用Br原子替代苯环上的H原子可以显著增强对CO₂分子的吸附能力,为设计具有较高CO₂吸附能力的MOFs材料提供理论依据。     

V2CO2MXene从CO2/N2混合气体中选择性吸附CO2的第一性原理计算

二氧化碳作为温室气体中最重要的组成部分,其含量的变化将直接影响全球气候变化,在燃烧后气体中选择性捕获CO₂,对减缓因CO₂浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了V₂CO₂ MXene材料对CO₂的选择性吸附性能.首先研究了不同官能团V₂CT_X MXene材料的结构和性质,发现V₂CO₂具有良好的稳定性.后研究了V₂CO₂对CO₂的吸附行为,结果表明,当CO₂被水平吸附时,V₂CO₂对CO₂气体分子的吸附能力较强且均满足在高性能吸附剂表面吸附CO₂的理想值(-0.42 eV-0.82 eV),可以适用于探测/捕获CO₂气体分子.此外,进一步研究了相同条件下V<...     

Si改性MoS2对g3环保气体典型分解组分的吸附特性研究

g3(green gas for gird)环保气体(C₄F₇N/CO₂混合)作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘替代气体,近几年来受到了广泛关注.通过分析g3气体绝缘组合开关设备中的分解组分来检测局部放电、过热等缺陷故障,对于电力设备运行状态的评估和诊断具有重要作用.本文提出利用Si原子掺杂改性来提高MoS₂的气敏和吸附性能,并基于密度泛函理论(DFT)的计算方法,通过吸附能、电荷转移、态密度和局部态密度等参数指标,探究了本征MoS₂、Si改性MoS₂(Si-MoS₂)对g3气体典型分解组分—COF₂、CF₄、CF₃CN的吸附气敏机理.分析表明Si原子在MoS₂表面具有稳定的掺杂结构,相比本征MoS₂,Si原子改性之后的MoS₂的导电性得到了有效增强;Si-MoS₂     

气体吸附对硅锗异质结纳米线电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法探讨了沿[112]晶向的硅锗异质结纳米线作为气体传感器检测CO,CO₂和Cl₂的能力,着重计算了其吸附气体分子前后的吸附能、能带结构与光学性质.几何结构优化计算表明：不同硅锗组分的[112]晶向的硅锗纳米线对CO,CO₂和Cl₂分子的吸附能的绝对值在0.001 eV至1.36 eV之间,其中Si₂₄Ge₃₆H₃₂对CO₂气体的吸附能最大,气敏性能最好.能带结构计算表明：吸附CO和CO₂分子的[112]晶向硅锗纳米线能带的简并度明显减小,带隙变化较小;而吸附Cl₂分子后的价带顶与导带底之间产生了杂质能级使其带隙减小.光学性质计算表明：Si₂₄Ge₃₆H₃₂纳米线吸附CO, CO₂和Cl₂分子后的光学...     

电化学析氢反应中单层MoSe2氢吸附机理第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe₂纳米材料表面及两种边缘（Mo原子边缘、Se原子边缘）不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能（Gibbs free energy,用△G_H⁰表示）,并且将对应的微观结构进行了系统分析比较,得出△G_H⁰最接近于0 eV的吸附位点及相应的吸附率.同时,结合差分电荷密度和电负性理论,分析了单层MoSe₂两种边缘氢吸附的电荷转移及成键特性,进一步解释了不同吸附位点呈现的结构与能量趋势.最后,通过基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟,研究了高温热运动对两种边缘氢吸附的影响,获得了氢原子发生脱附的临界温度及对应的微观动态过程.该理论研究从原子尺度揭示了单层2H相MoSe₂纳米材料边缘不同位点在不同温度下对氢原子吸附和脱附的微观机理,证实了Mo原子边缘的畸变和重构行为,加深了对实验中单层2H相MoSe₂边缘在不同温度下氢吸附机理的理解,为实验中通过控制MoSe₂边缘设计廉价高效的析氢催化剂提供理论参考.     

基于第一性原理计算Ca掺杂MoS_2对焊接气体的吸附性能

工业焊接的过程中会产生焊接废气例如CO、NO₂和CH₄,这些气体会对工作人员的身心健康造成威胁,为解决这种废气吸附的需求,此文用基于密度泛函理论的第一性原理方法,搭建了Ca掺杂MoS₂的模型,用Dmol3模块研究掺杂后的电子结构,并计算了Ca-MoS₂吸附CO、CH₄和NO₂三种气体的态密度、电荷转移、吸附能、电子密度差等参数.结果表明Ca-MoS₂对于CH₄是一种物理吸附,主要是范德华力作用,而Ca-MoS₂吸附CO和NO₂是一种化学吸附,存在较强的吸附能力.此类掺杂有望制成新的气敏传感器等有益结果,该工作具有一定意义.     

汞在Ti2NO2 MXene表面吸附氧化的第一性原理计算

汞是一种有毒的重金属,在生产生活中以各种形式排放的汞对生态及人类健康都存在一定程度的威胁.因此,寻找高效的汞吸附剂具有十分重要的意义.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了汞在Ti₂NO₂(MXene)和具有一个氧空位缺陷的Ti₂NO₂(Ov-Ti₂NO₂)上的吸附和氧化机理.计算结果表明Hg⁰在Ti₂NO₂表面的吸附为物理吸附,在Ov-Ti₂NO₂表面为化学吸附. Ti₂NO₂表面氧空位的存在可以改善HgO与Ov-Ti₂NO₂之间的相互作用,从而使吸附能提高116 kJ/mol. Hg⁰在Ov-Ti₂NO₂表面氧化为HgO的反应能垒为92.55 kJ/mol,小于其在Ti_2<...     

Cu纳米粒催化CO2还原反应机理的理论研究

此文采用密度泛函理论,研究了Cu₃₈纳米粒催化剂模型,分别研究了CO₂和H₂O分子在催化剂上不同吸附位,确了稳定的吸附构型,并进一步研究了CO₂催化还原反应机理,确定催化剂的活性.本文主要研究催化CO₂还原生成CO过程,研究了两条可行的反应路径,路径I为水分子的H原子直接转移到CO₂上,路径II为H原子先迁移到Cu₃₈纳米粒上再转移到CO₂上,研究结果发现此步反应机理路径I优先.从微观角度解释了实验研究结果.     

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。     

Au_7团簇吸附O_2和CO及其对CO的催化反应机理研究

本文采用密度泛函理论,研究了Au_7团簇催化CO的氧化反应机理.研究发现,二维平面结构的Au_7团簇更容易吸附CO和O_2分子. Au_7团簇吸附一个O_2分子的吸附能为0.64 eV,但在吸附多个O_2分子时,平均吸附能有了明显的下降,表明Au_7团簇进行多吸附O_2分子的可能性不大. Au_7团簇吸附一个CO分子的吸附能为1.26 eV,且在吸附多个CO分子时,平均吸附能虽有减少,但减小的幅度不大,说明Au_7团簇有可能吸附多个CO分子.此外,在Au_7团簇催化CO的氧化反应过程中,整个反应克服的最高势垒仅为0.34 eV,说明Au_7团簇有望成为良好的CO氧化催化剂.     

Theoretical study of CO adsorption on the surface of BN,AlN, BP and AlP nanotubes

Behavior of CO adsorption on the surface of BN, AlN, BP, and AlP nanotubes was investigated using density functional theory calculations, by means of B3LYP and B97D functionals. It was found that energetic feasibility of this process depends on several factors including LUMO energy level of tubes, electron density, and length of the surrounding bonds of adsorbing atoms plus their hybridization. These factors compete against each other to specify the adsorption behavior of the tubes. Frontier molecular orbital theory (FMO) and structural analyses show that high energy level of LUMO and short bond lengths of the tube surfaces prevent the adsorption of CO on BN nanotubes. The results suggest that the AlN nanotubes are energetically the most favorable cases toward the CO adsorption. It was found that B97D functional changes the absolute energy values of B3LYP results, but it doesn't change their relative-order of magnitudes.     

金属原子修饰石墨烯体系催化性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单个CO和O2气体分子在金属原子修饰石墨烯表面的吸附和反应过程.结果表明:空位缺陷结构的石墨烯能够提高金属原子的稳定性,金属原子掺杂的石墨烯体系能够调控气体分子的吸附特性.通入混合的CO和O2作为反应气体,石墨烯表面容易被吸附性更强的O2分子占据,进而防止催化剂的CO中毒.此外,对比分析两种催化机理(Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal)对CO氧化反应的影响.与其它金属原子相比,Al原子掺杂的石墨烯体系具有极低的反应势垒(0.4 e V),更有助于CO氧化反应的迅速进行.     

Ab initio study of water adsorption on TiO2-terminated (100) surface of SrTiO3 with and without Cr doping

Water molecule adsorption on TiO₂-terminated (100) surface of SrTiO₃ with and without Cr doping is investigated by first principle calculation based on density functional theory. The band gap is shrunk compared with that of bulk due to the existence of defect states on the surface and 3d states of dopants. As a result the absorption energy edge is reduced and locates in the visible region. When adsorbed on the surface, energy levels of water molecules as a whole are lowered with respect to the Fermi energy, but the higher levels are split and electrons are transferred from low levels to high levels due to the decrease of the density of states in low energy region. Weak bonding is formed between water hydrogen atoms and surface oxygen atoms. This bonding causes the electron transferring from substrate to molecule and the occupation of the corresponding states.     

金属原子修饰石墨烯体系催化性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单个CO 和O2气体分子在金属原子修饰石墨烯表面的吸附和反应过程. 结果表明: 空位缺陷结构的石墨烯能够提高金属原子的稳定性, 金属原子掺杂的石墨烯体系能够调控气体分子的吸附特性. 通入混合的CO和O2作为反应气体, 石墨烯表面容易被吸附性更强的O2分子占据, 进而防止催化剂的CO 中毒. 此外, 对比分析两种催化机理(Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal)对CO氧化反应的影响. 与其它金属原子相比, Al原子掺杂的石墨烯体系具有极低的反应势垒(< 0.4 eV), 更有助于CO氧化反应的迅速进行.     

Theoretical investigation of CO adsorption on TM-doped (MgO)12 (TM = Ni, Pd, Pt) nanotubes

CO adsorption on TM-doped magnesia nanotubes (TM = Ni, Pd and Pt) have been studied by using density functional theory. Our calculation results show that CO favors adsorption on TM-doped magnesia nanotubes in the form of C atom bonding with TM atom. Fukui indices analysis clearly exhibits that doping of impurity TM atom allows for a noticeably enhancement of nucleophilic reactivity ability of magnesia nanotube. The adsorption energies demonstrate that CO molecule is more strongly bound on the 3-fold TM atoms than the 4-fold TM atoms. This finding is well confirmed by TM-C bond length, charge transfer and C-O vibrational frequency. The high adsorption energy of 2.55 eV is found when CO adsorbs on 3-fold Pt in Pt-doped magnesia nanotubes, implying the kind of the doping TM atom has a significant influence on the chemical reactivity.     

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Si掺杂石墨烯上吸附与活化

采用包含色散力校正的密度泛函理论方法(DFT-D)研究了O2在Si掺杂石墨烯(Si-Gra)上吸附与活化. 研究结果表明: 1) 与纯净石墨烯相比, Si掺杂极大的增强了石墨烯对O2的吸附能力. O2的最稳定吸附构型是以Side-on 模式吸附在掺杂的Si的顶位, 形成O-Si-O三元环. 次稳定吸附构型是与Si及近邻的一个C形成O-Si-C-O四元环结构. 两个吸附构型对应的吸附能分别为-2.40和-1.93 eV; 2) O2有两种分解路径: 直接分解路径(势垒为0.53 eV)和整体扩散后的分解路径(势垒为0.81 eV); 3) 分解之后的两个O原子分别吸附在Si的顶位和相邻碳环的两个碳原子的桥位; 4) 电子结构分析表明吸附的O2从Si-Gra获得较多电荷, 从而被活化. 总之, Si-Gra具有较强的催化氧气还原能力, 是一种潜在的良好的非金属氧还原催化剂.