O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论，本文系统地研究了O在Au(111)表面上的吸附能、吸附结构、功函数、电子密度和投影态密度，给出了覆盖度从0.11ML到1.0ML的范围内，O的吸附特性随覆盖度变化的规律.研究发现O的稳定吸附位为3重面心立方(fcc)洞位，O在fcc洞位的吸附能对覆盖度比较敏感，其值随着覆盖度的增加而减小；O诱导Au(111)表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系，原因是Au表面电子向O偏移，形成表面偶极子；O—Au的相互作用形成成键态和反键态，且反键态都被占据，造成O—Au键很弱，O吸附能较小. 关键词： 表面吸附 Au(111)表面 密度泛函理论 电子特性     

硫在Fe(111)面吸附的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了不同覆盖度下硫在Fe（111）表面的吸附构型和吸附特性,计算并分析了硫在Fe（111）表面的吸附能、电荷密度、分波态密度、电荷布局、电子局域化函数等数据. 研究结果表明：S在Fe（111）面的H位吸附最稳定,并且吸附能随着覆盖度的增加而增加. 另外,电子态密度、电子局域化函数和布局分析表明Fe、S之间呈较弱的共价键,这种作用力主要是Fe的3d轨道和S的2p轨道杂化所贡献,而随着覆盖度的增加,Fe、S之间的作用力逐渐减弱,这可能是由于S原子之间的排斥力减弱了Fe、S之间的作用. S在Fe（111）、Fe（110）和Fe（100）这三个晶面上吸附情况的对比分析发现,S与Fe（111）表面的相互作用最强,Fe（100）面次之,而Fe（110）面最弱.     

氧在Nb(110)表面吸附的第一性原理研究

通过第一性原理赝势平面波方法研究了氧在Nb(110)表面的吸附性质随覆盖度变化规律. O在Nb(110)表面最稳定吸附位是洞位,次稳定吸附位是长桥位. 在长桥位吸附时, O诱导Nb(110)表面功函数随覆盖度的增加而几乎线性增加;但当O在洞位吸附时, 与干净Nb表面相比, 覆盖度为0.75 ML和1.0 ML时功函数增加, 而覆盖度为0.25 ML和0.5 ML时功函数减小.通过对面平均电荷密度分布和偶极矩变化的讨论, 解释了由吸附导致功函数复杂变化的原因.通过对表面原子结构和态密度分析, 讨论了O在Nb表面吸附时引起表面原子结构变化以及O和Nb(110)表面原子的相互作用.     

氯原子在Cu(111)表面的吸附结构和电子态

密度泛函理论(DFT)总能计算研究了不同覆盖度下氯原子在Cu(111)表面的吸附结构和表面电子态。计算结果表明,清洁Cu(111)表面自由能 为15.72 ,表面功函数φ为4.753eV。在1/4ML和1/3ML覆盖度下,每个氯原子在Cu(111)表面fcc谷位的吸附能分别等于3.278eV/atom和3.284eV/atom。在1/2ML覆盖度下,两个紧邻氯原子分别吸附于fcc和hcp谷位,氯原子的平均吸附能为2.631eV/atom。在1/3ML覆盖度下,fcc和hcp两个位置每个氯原子吸附能的差值约为2meV/atom,与正入射X光驻波实验结合蒙特卡罗方法得到结果(<10meV/atom)基本一致。在1/4ML、1/3ML和1/2ML覆盖度下,吸附后Cu(111)表面的功函数依次为5.263eV、5.275eV和5.851eV。吸附原子和衬底价轨道杂化形成的局域表面电子态位于费米能级以下约1.2eV、3.6eV和4.5eV等处。吸附能和电子结构的计算结果表明,氯原子间的直接作用和表面铜原子紧邻氯原子数目是决定表面结构的两个重要因素。     

H_2S,HS自由基以及S原子在Fe(111)表面吸附的密度泛函研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论方法,研究了不同覆盖度下H2S,HS自由基以及S原子在Fe(111)表面的吸附结构和吸附特性,计算了吸附能、功函数、差分电荷密度、态密度和电荷布居,讨论了覆盖度对表面吸附的影响作用,对比分析了H2S,HS自由基,S在Fe(111)表面的吸附强弱.研究结果表明:随着覆盖度的增大,吸附物与表面的作用力逐渐减弱;H2S,HS自由基,S三者与Fe(111)表面的作用力大小依次为:H2SHSS,表面容易形成FexSy腐蚀产物膜,只是随着覆盖度的不同,其致密度将发生变化.各吸附物在低指数晶面上的吸附结果表明:Fe(111)面吸附作用最强,而Fe(110)和Fe(100)吸附作用相对较弱,二者吸附能相差不大.     

硫在Fe(111)面吸附的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了不同覆盖度下硫在Fe(111)表面的吸附构型和吸附特性,计算并分析了硫在Fe(111)表面的吸附能、电荷密度、分波态密度、电荷布局、电子局域化函数等数据.研究结果表明:S在Fe(111)面的H位吸附最稳定,并且吸附能随着覆盖度的增加而增加.另外,电子态密度、电子局域化函数和布局分析表明Fe、S之间呈较弱的共价键,这种作用力主要是Fe的3d轨道和S的3p轨道杂化所贡献,而随着覆盖度的增加,Fe、S之间的作用力逐渐减弱,这可能是由于S原子之间的排斥力减弱了Fe、S之间的作用.S在Fe(111)、Fe(110)和Fe(100)这三个晶面上吸附情况的对比分析发现,S与Fe(111)表面的相互作用最强,Fe(100)面次之,而Fe(110)面最弱.     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态(英文)

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面.在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能.比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76eV,是最稳定的吸附位置.详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性.在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键.由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化.我们发现:Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距.与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化.     

低覆盖度CO分子在 Ni（110）面的吸附研究

利用密度泛函理论研究了低覆盖度下CO分子在Ni（110）表面的吸附结构和电子态。研究结果表明：在低覆盖度情况下, CO分子优先垂直吸附在短桥位，其次是顶位和长桥位。垂直短桥位吸附、顶位吸附相应的振动频率分别是1850.52 cm-1、1998.08cm-1。态密度的研究结果表明：CO分子和Ni原子在-10 eV -8 eV，-8 eV—-6 eV及1 eV -5 eV能量范围内发生了杂化作用。-10ev -8ev能量范围内的杂化主要来源于C、O原子的s轨道、pz轨道与Ni原子s、p、d轨道的杂化作用。-8ev—-6ev能量范围内的杂化作用主要来源于C、O原子的py、 px轨道与Ni原子d、s轨道的杂化作用。轨道间的杂化作用是吸附作用的主要来源。 我们计算的吸附位置与相应的振动频率与相关实验结果基本一致。     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面。在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能。比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76 eV,是最稳定的吸附位置。详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性。在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键。由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化。我们发现：Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距。与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化。     

S在Pt皮肤Pt3Ni(111)面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了S原子在 Pt皮肤Pt3Ni(111)面不同位置的吸附特性.结果表明：S原子在Pt皮肤Pt3Ni的fcc位吸附最强,吸附能为5. 49 eV;与S原子在纯净Pt(111)表面的吸附相比,S原子在Pt皮肤Pt3Ni表面相应吸附位置的吸附能变小、与近邻的Pt原子形成的S-Pt键变长,表明掺杂的Ni会减小相应位点S原子的吸附能,降低体系对S原子的吸附能力,进而减弱S吸附对体系催化能力的影响;态密度分析发现, S原子的吸附使得Pt基催化剂的催化活性降低,主要是S的2p电子引起的;这些结果将为后续研究Pt基合金电极抗S中毒效果以及探究S原子吸附后Pt3Ni的活性位提供依据.     

Characterization of Ag adsorption on TiC（001） substrate： an ab initio study

Ag adsorptions at 0.25-3 monolayer （ML） coverage on a perfect TIC（001） surface and at 0.25 ML coverage on C vacancy are separately investigated by using the pseudopotential-based density functional theory. The preferential adsorption sites and the adsorption-induced modifications of electronic structures of both the substrate and adsorbate are analysed. Through the analyses of adsorption energy, ideal work of separation, interface distance, projected local density of states, and the difference electron density, the characteristic evolution of the adatom-surface bonding as a function of the amount of deposited silver is studied. The nature of the Ag/TiC bonding changes as the coverage increases from 0.25 to 3 MLs. Unlike physisorption in an Ag/MgO system, polar covalent component contributes to the Ag/TiC interfacial adhesion in most cases, however, for the case of 1-3 ML coverage, an additional electrostatic interaction between the absorption layer and the substrate should be taken into account. The value of ideal work of separation, 1.55 J/m^2, for a 3-ML-thick adlayer accords well with other calculations. The calculations predict that Ag does not wet TIC（001） surface and prefers a three-dimensional growth mode in the absence of kinetic factor. This work reports on a clear site and coverage dependence of the measurable physical parameters, which would benefit the understanding of Ag/TiC（001） interface and the analysis of experimental data.     

Coadsorption of cesium and oxygen on Ni(100): I. Cesium probing of NiO bonding

Low energy electron diffraction (LEED) and work function measurements have been used to study the interaction of Cs and O on (100) surfaces of Ni. Deposition of Cs on oxygen-chemisorbed Ni(100) changed the structure of the O array. The work function of this surface showed a minimum at 0.14 monolayer of Cs coverage and a maximum at 0.29 monolayer. On the other hand, Cs on oxidized Ni(100) could not change the oxygen arrangement at all, and the work function remained constant after reaching a minimum value. These two types of behavior of Cs can be used to probe the bonding states of O on metal surfaces. Our results suggest that the c(2×2) structure of O on Ni(100) is simple chemisorption rather than reconstruction and that the c(2×2) coexists with regions of disordered NiO on Ni(100). While LEED intensity variations detect primarily the chemisorbed c(2×2), other measurements like work function, ion neutralization and sticking coefficient should detect both kinds of NiO bonding.     

Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究

本文利用密度泛函理论研究了Rh原子在（6,6）单壁碳纳米管内外的吸附行为. 通过对Rh在单壁碳纳米管上不同吸附位的吸附构型与吸附能的研究发现: Rh吸附在管内、外的洞位最稳定, 且管外吸附比在管内强. 这是由于单壁碳纳米管的卷曲效应使得管外电荷密度比管内大造成的. 态密度分析表明, 吸附在管内外的Rh原子的5s电子均转移到了4d轨道上; Rh原子4d轨道上的电子转移到了（6, 6）碳管上, 使Rh带正电, 碳管带负电. 结合能带分析表明, Rh原子吸附在管内磁性较弱, 而吸附在管外较强. 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 Rh原子 吸附     

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.     

Composite Anderson-Newns model and density of states due to chemisorption: Quasi-chemical approximation

In this paper a variation in density of states (DOS) of the substrate due to chemisorption of hydrogen on transition metals using composite Anderson-Newns model has been investigated for different coverages in quasi-chemical approximation of Fowler and Guggenhiem, which in the limitz→∞ gives the Bragg-Williams approximation as a special case. Variation in density of states has been studied for one-dimensional periodic substrate with change in adatom interaction energy and coverage. With increase in coverage, the bonding and antibonding (B-AB) peaks are found to shift towards higher energies and at the same time relative height of the peaks also increases. The interesting feature to observe is that both approximations for a particular coverage, give split-off states with different height for both (B-AB) peaks. It particularly indicates change in B-AB states, representing amount of chemisorption, with the change in interaction energy between adatoms. At the same time bond strength is also found to decrease with interaction between adatoms.     

内掺过渡金属富勒烯衍生物Ni@C20H20几何结构、成键和电磁性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Ni@C₂₀H₂₀的几何结构、成键和电磁性质进行密度泛函计算研究.结构优化发现位于偏离笼子中心三种位置处的Ni原子优化之后均回到笼子中心.结合能和能隙分析表明C₂₀H₂₀的中心位置是Ni原子热力学和动力学最稳定的位置.成键分析表明：Ni原子位于C₂₀H₂₀中心时,和C原子之间几乎没有相互作用,保持自己的孤立状态.电磁分析表明：原子磁矩为2关键词： 20H₂₀')" href="#">C₂₀H₂₀ 20H₂₀')" href="#">Ni@C₂₀H₂₀ 几何结构 成键 电磁性质 密度泛函理论     

Cs/GaN(0001)吸附体系电子结构和光学性质研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法计算了 1/4ML Cs原子吸附 (2 × 2) GaN(0001) 表面的吸附能、能带结构、电子态密度、电荷布居数、功函数和光学性质. 计算发现, 1/4ML Cs 原子在 GaN(0001) 表面最稳定吸附位为 N 桥位, 吸附后表面仍呈现为金属导电特性, Cs原子吸附GaN(0001)表面后主要与表面 Ga 原子发生作用, Cs6s 态电子向最表面 Ga 原子转移, 引起表面功函数下降. 研究光学性质发现, Cs 原子吸附 GaN(0001) 表面后, 介电函数虚部、吸收谱、反射谱向低能方向移动.