原子氢在Be(100)薄膜上吸附的第一性原理计算

对原子氢在Be(1010)薄膜表面的吸附性质做了第一性原理计算研究.根据原子面间距的不同,可把Be(1010)表面分为两种.计算结果表明,原子氢在这两种表面上的吸附性质显著不同.为阐明和分析这些不同,系统计算和分析了Be(1010)薄膜的表面电子结构、电子功函数、平均静电势和局域电荷密度.这些物理量都自洽地表明,吸附过程中原子氢和表面铍原子间的电荷转移过程对于两种表面是完全不同的.对于L型表面来说,电荷由吸附原子氢向表面Be原子层转移,而对于S型表面而言,电荷转移过程恰恰相反.     

Be(0001)薄膜中的量子尺寸效应与吸附氢的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理方法对铍自由表面的电子结构及表面原子氢的吸附能作了详细计算，给出Be(0001)薄膜的电子结构、表面能、电子功函数、层间弛豫等物理量随厚度变化关系，同时讨论了原子氢在Be(0001) 表面的吸附性质，给出了吸附能及局域电子态密度随铍薄膜层厚的变化关系，体现了铍薄膜的量子尺寸效应.     

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.     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

单原子Pt吸附于不同原子暴露终端BiOBr{001}面的第一性原理研究

基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的第一性原理方法研究了暴露不同原子终端的BiOBr{001}表面以及单原子Pt吸附于BiOBr{001}-BiO不同位置的几何构型、电子结构、光学性质和电荷转移.计算结果表明:BiOBr{001}面BiO终端暴露可诱导产生表面态且价带和导带能级向低能方向移动,光氧化性增强,尤其导带下方出现的表面态能级有助于光生电子-空穴对的分离和迁移,光吸收显著增强,且BiOBr{001}面BiO终端的功函数远低于贵金属Pt,有利于电荷定向转移.其次,单原子Pt吸附于BiOBr{001}-BiO为基底的表面,在禁带中间诱导产生杂质能级, Pt吸附于穴位时吸附能最小,光响应能力最好且电荷转移量最大,吸附于顶位和桥位时,形成开放性的贫电子区域,因此可预测穴位为Pt原子的吸附位点,预示其良好的降解有机污染物效果, Pt吸附于BiOBr{001}-BiO的顶位和桥位,具有潜在的CO_2还原或固氮等领域应用.     

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.     

氢吸附金刚石（001）表面的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究氢吸附的金刚石（001）表面，计算了氢吸附金刚石表面构型.通过分析吸附前后空间电荷分布的变化，发现吸附H原子的金刚石（001）表面电荷向H原子转移，即表明氢吸附的金刚石表面带负电.分析了这种现象的微观机制，以及它对金刚石表面电学性质的影响. 关键词： 第一性原理计算 金刚石（001）面 表面吸附 电荷密度分布     

MgO、SnO_2、TiO_2表面氧空位性质对气体光学传感特性的影响

光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子进行微观机理研究,研究不同氧化物表面吸附气体分子的机理.对氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等进行分析.研究发现:含有氧空位缺陷的MgO(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)能稳定的吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料.分析发现:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因.表面吸附CO分子后,发现SnO_2(110)表面对分子的吸附能最大,分子与表面的吸附距离最短.通过差分电荷密度和电荷布居数发现,表面与CO分子间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001),由此得出不同氧化物表面氧化性的大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001);通过对比吸收谱和反射谱发现:吸附气体分子后SnO_2(110)表面的光学性质变化最为明显,是一种较好的光学气敏传感材料.     

金属Sc修饰Ti2CO2吸附气体分子的第一性原理研究

基于第一性原理计算研究了Ti₂CO₂和金属Sc修饰的Ti₂CO₂的几何结构和电子性质,分析了不同有害气体(CO, NH₃, NO, SO₂, CH₄, H₂S)在这两种材料表面的吸附过程,讨论了金属修饰对Ti₂CO₂二维过渡金属碳化物(MXene)电子性能和气体吸附性能的影响.计算结果表明, Sc原子位于空心位C原子上方的结构具有较大的结合能,但小于固体Sc的内聚能实验值(3.90 e V), Sc原子可以有效避免成簇.表面Sc金属为气体吸附提供了活性位点.通过分析不同气体的最佳吸附点位、吸附能等参数,分析金属Sc修饰的Ti₂CO₂对这些气体的吸附效果.其中对SO₂的吸附效果更好,吸附能从–0.314 eV提升到–2.043 eV,其他气体的吸附效果均有改善.通过电荷转移、态密度和功函数等参数解释了其吸附...     

单原子Bi吸附对BiOI光催化性能的影响

BiOI是一种极具潜力的光催化剂,目前其光催化效率较低,有待进一步提高.本文为了研究其微观光催化机理,提高光催化性能,采用第一性原理方法计算研究单原子Bi吸附在1I-BiOI表面体系的结构、电子和光学性质.与BiOI相比,Bi/BiOI吸附体系不仅结构稳定性强,而且具有可见光吸收高的性质.计算结果表明,单原子Bi吸附在1I-BiOI表面时,电荷从吸附原子Bi转移到1I-BiOI表面,与1I-BiOI体系相比,吸附Bi的1I-BiOI体系中Bi-B、Bi-Z和Bi-H的功函数降低,单原子Bi吸附后,Bi/BiOI体系的光吸收增强.表明吸附原子Bi与1I-BiOI之间形成了内建电场,提高了电子转移效率,抑制了光电子-空穴复合率,进而提高光催化性能.计算研究表明单原子Bi吸附能提高BiOI光催化效率,有助于设计具有更好光催化性能的新型结构.     

H_2在Ni,Pd与Cu表面的解离吸附

用EAM方法(embeded-atommethod)研究H_2在Ni,Pd与Cu的(100),(110)与(111)面上的解离吸附.首先通过拟合单个H原子在Ni,Pd与Cu不同表面上的吸附能和吸附键长,得到H与这些金属表面相互作用的EAM势,然后计算H_2在这些表面上以不同方式进行解离吸附时的活化势垒E_a,吸附热q_(ad)与吸附键长R.并给出H_2在(110)面上解离吸附的势能曲线.计算结果表明H_2的解离吸附与衬底种类、衬底表面取向及解离方式有关.H_2在Ni表面上解离时活化势垒很低,而在Cu表面解 关键词：     

BTA在铜表面吸附的密度泛函理论研究

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了苯并三氮唑(BTA)分子吸附于铜表面的反应活性特征及其吸附在三种不同取向晶面时的电荷转移以及成键情况,结果表明：BTA分子的亲电和亲核活性中心为N(1)、N(2)和C(5),在铜表面垂直吸附时为化学吸附,Cu原子的最外层价电子转移到N(2)原子上,两者形成配位键;BTA分子在三种不同取向的铜表面吸附时的吸附能大小为：Cu(110)_x>Cu(100)_x>Cu(111)_x(x=T、B、H),T表示顶位,B表示桥位,H表示空位;BTA吸附在Cu(111)面的转移电荷量：T(顶位)>B(桥位)>H(空位).     

氢在担载金属表面的吸附研究

应用格林函数方法在紧束缚近似下研究了氢在担载金属表面的吸附性质。采用自洽的Anderson-Newns吸附模型,对氢在Pt/ZnO,Cu/ZnO和Ni/ZnO三种担载式复合体系表面的吸附能△E、吸附态能级E_ad作了计算,并讨论了金属簿层在ZnO衬底上的沉积厚度及金属-衬底相互作用对氢在该类复合体系表面的吸附性质的影响。计算表明,金属-衬底相互作用越强,氢在Pt(Cu,Ni)/ZnO体系表面的吸附能及电荷转移量越小。金属-衬底相互作用抑制了氢在金属表面的吸附。衬底对金属表面吸附性质的影 关键词：     

Theoretical investigation of hydroxylated oxide surfaces

A self-consistent electronic structure calculation, in the slab geometry, is performed to model the dissociative adsorption of water on several oxide surfaces in the limit of complete saturation. We discuss the adsorption characteristics along a series of oxides presenting a growing acidity: BaO, SrO, CaO, MgO, TiO₂, and SiO₂, and on three MgO surfaces: (100), (110), and (211) on which the atoms have different environments. Special emphasis is borne on the charge transfers, the densities of states and the oxide gap modification upon hydroxylation. We show that these quantities are dependent upon the coverage and that unstable MgO surfaces are more reactive towards water dissociation. Finally, by optimizing the geometry on the three MgO surfaces, we discuss the link between the electronic and structural degrees of freedom on hydroxylated surfaces.     

Three-dimensional tomography of the beryllium fermi surface: surface charge redistribution

The discontinuity in the lattice periodic potential at surfaces often leads to the creation of new electronic surface states. We developed a photoemission based Fermi surface tomography whose surface sensitivity allowed us to quantify the charge redistribution on the Be(0001) surface. The volume enclosed by the bulklike Fermi surface is significantly reduced at the surface, consistent with the charge transfer to the two surface states as estimated from the area within their two-dimensional Fermi contours. This result represents the first quantification of the charge redistribution on a natural surface termination.     

Adsorption of atomic oxygen on cubic PbTiO3 and LaMnO3 (001) surfaces: A density functional theory study

We present and discuss density functional theory calculations addressing the electronic structure and energetics of isolated oxygen ad-atoms at the (001) surfaces of PbTiO₃ (PTO) and LaMnO₃ (LMO) cubic perovskites. Both AO- and BO₂-type of surface terminations are considered for each perovskite. Difference electron density analysis has been carried out for each surface to probe local electronic charge redistribution upon oxygen adsorption. Our results show that the (001) surfaces of the two perovskites behave quite differently towards oxygen adsorption. In the case of the PTO (001) surfaces, the adsorbate oxygen atom was found to form a peroxide-type molecular species along with a surface lattice oxygen atom on both PbO- and TiO₂-terminated surface facets. On the other hand, the most stable oxygen adsorption site for the LMO (001) surfaces corresponds to the one expected from a natural continuation of the perovskite lattice. Moreover, the dissociative adsorption of molecular oxygen varies from being only slightly exothermic on the PTO (001) facets to being highly exothermic on the LMO (001) facets. The AO-terminated facets, in general, showed a stronger binding to the adsorbed oxygen.     

基于第一性原理计算H_2S、CO_2、CH_4在Fe-MoS_2上的吸附性能

在高含硫气藏开发中,伴随着CH_4的采出,H_2S和CO_2也不可避免的被采出.这两种气体会产生管道腐蚀和气体中毒等诸多不利影响.为了解决这一现实需要,从研究较为广泛的MoS_2材料入手,考虑了其掺杂结构中的吸附性能的变化,相关计算原理基于密度泛函数理论.主要计算了一种吸附式掺杂过渡金属原子Fe在MoS_2上的结构,同时也计算了H_2S,CO_2,CH_4气体在其表面的吸附能,电荷转移,电子密度差等相关参数.结果表明,CH_4对这种材料表现出不敏感的特性,而CO_2、H_2S均表现出吸附的性质,预测这种材料可能作为一种可使用的吸附材料,或是开发作为一种新型的气体预警材料.     

Ab-initio study of the coadsorption of Li and H on Pt(001), Pt(110) and Pt(111) surfaces

The coadsorption of Li and H atoms on Pt(001), Pt(110) and Pt(111) surfaces is studied using density functional theory with generalised gradient approximation. In all calculations Li, H and the two topmost layers of the metal were allowed to relax. At coverage of 0.25 mono-layer in a p(2×2) unit cell, lithium adsorption at the hollow site for the three surfaces is favoured over top and bridge sites. The most favoured adsorption sites for H atom on the Pt(001) and Pt(110) surfaces are the top and bridge sites, while on Pt(111) surface the fcc site appears to be slightly favoured over the hcp site. The coadsorption of Li and atomic hydrogen shows that the interaction between the two adsorbates is stabilising when they are far from each other. The analysis of Li, H and Pt local density of states shows that Li strongly interacts with the Pt surfaces.