Pd与CeO2(111)面的相互作用的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave) 赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型，用第一性原理计算方法，计算并分析了Pd在CeO₂(111)面上不同覆盖度时的吸附能，价键结构和局域电子结构. 考虑了单层Pd和1/4单层Pd两种覆盖度吸附的情况. 结果表明：1)在单层吸附时，Pd的最佳吸附位置是O的顶位偏向Ce的桥位；在1/4单层吸附时，Pd最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附.2) 单层覆盖度吸附时，吸附原子Pd之间的作用较强；1/4单 关键词： 三元催化剂 Pd 2')" href="#">CeO₂ 吸附 密度泛函理论     

Pd与CeO2(111)面的相互作用的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave) 赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用第一性原理计算方法,计算并分析了Pd在CeO2(111)面上不同覆盖度时的吸附能,价键结构和局域电子结构. 考虑了单层Pd和1/4单层Pd两种覆盖度吸附的情况. 结果表明:1)在单层吸附时,Pd的最佳吸附位置是O的顶位偏向Ce的桥位;在1/4单层吸附时,Pd最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附.2) 单层覆盖度吸附时,吸附原子Pd之间的作用较强;1/4单层覆盖度吸附时,同层吸附的Pd之间的几乎没有相互作用. 同时在低覆盖度吸附时,Pd和CeO2衬底的相互作用较高覆盖度时强.3) Pd的吸附只对其近邻的衬底原子结构有明显影响.4) Pd在CeO2衬底上吸附后,Pd和CeO2衬底的活性增强,并可能在Pd与CeO2界面处形成活性中心. 以上结果有助于人们对三元催化剂中Pd与CeO2的协同作用机理的理解.     

Fe/ZnO(0001)界面的同步辐射光电子能谱研究

利用同步辐射光电子能谱研究了Fe/ZnO生长模式、界面化学反应和电子结构.结果表明，Fe在ZnO(0001)表面以类SK模式生长(单层加岛状生长).当沉积约2?的Fe后，生长模式开始从二维层状生长转变成混合模式生长.界面价带谱和Fe3p芯能级谱的分析表明，在低覆盖度下，约有一个原子层(约1.5?)的Fe被ZnO(0001)面的外层O原子氧化，随着沉积厚度的增加，金属态Fe的信号逐渐增强.当吸附了5.1?的Fe时，出现了较强的金属Fe的Fermi边，说明出现了Fe的金属态.此外，在Fe原子吸附过程中，样品功函数在Fe厚度为0.2?时达到最小值4.5eV，偶极层形成后逐渐稳定在4.9eV.     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究（英文）

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位(T_4,H_3和Top).发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T_4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致.     

ZnO(0001)表面吸附B的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似,对清洁ZnO(0001)表面及B/ZnO(0001)吸附体系进行了几何结构优化,计算了B/ZnO(0001)吸附体系的吸附能、能带结构、电子态密度和光学性质.计算结果表明:B在ZnO(0001)表面最稳定的吸附位置是T₄位.吸附后B/ZnO(0001)吸附体系表面带隙有所减小,表面态的组成发生变化,n型导电特性有一定程度的减弱,同时,对紫外光的吸收能力显著增强. 关键词： ZnO(0001)表面 B吸附 电子结构 光学性质     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

第一性原理研究O_2和H_2O 在ZnO ■表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O_2和H_2O单分子在ZnO■表面上的吸附行为.吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位,同时也考虑了其它可能的吸附行为.对于O_2在ZnO■表面上的吸附设计了9个模型,H_2O在ZnO■表面上的吸附设计了12个模型.通过形成能计算发现,O_2在表面上的吸附为正值,H_2O的吸附为负值.O_2和H_2O单分子在表面上发生分子吸附,未见解离形态.对于O_2吸附最稳定的结构是O_2分子与表面相邻的Zn原子形成了Zn_(slab1)-O_(ads1)-O_(ads2)-Zn_(slab2)桥连键.其它较为稳定的结构是O_(ads1)原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,在表面上形成了Zn_(slab1)-O_(ads1)键,同时O_(ads2)原子扩散至表面沟渠上方.对于H_2O吸附,不论以何种方式吸附结构都比较稳定.其中最稳定的构型是O_(ads)迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,形成了Zn_(slab1)-O_(ads)键以及O_(slab3)-H氢键.另外较稳定的构型是O_(ads)迁移到ZnO■表面台阶上方,形成了Zn_(slab1)-O_(ads)键以及O_(slab1)-H氢键.     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400,600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力,因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中,O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数,O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在,400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长,具有Zn六角平面对称特征,且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长,且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处,Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.     

第一性原理研究O2和H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O2和H2O单分子在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为。吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位，同时也考虑了其它可能的吸附行为。对于O2在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了9个模型，H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了12个模型。通过形成能计算发现，O2在表面上的吸附为正值，H2O的吸附为负值。O2和H2O单分子在表面上发生分子吸附，未见解离形态。对于O2吸附最稳定的结构是O2分子与表面相邻的Zn原子形成了Znslab1-Oads1-Oads2-Znslab2桥连键。其它较为稳定的结构是Oads1原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近，在表面上形成了Znslab1-Oads1键，同时Oads2原子扩散至表面沟渠上方。对于H2O吸附，不论以何种方式吸附结构都比较稳定。其中最稳定的构型是Oads迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近，形成了Znslab1-Oads键以及Oslab3-H氢键。另外较稳定的构型是Oads迁移到ZnO (101 ̅0)表面台阶上方，形成了Znslab1-Oads键以及Oslab1-H氢键。     

Ru(0001) 表面BaO吸附层的原子结构和氮分子的吸附性质

采用密度泛函理论研究了Ru(0001) /BaO表面的原子层结构和氮分子的吸附性质. 研究结果表明, 在低覆盖度下氧化钡倾向于以相同的构型形成Ru(0001) 表面原子层. 在此构型中, 氧原子位于表面p(1× 1) 结构的hcp谷位, 而钡原子则位于同一p(1× 1) 结构的顶位附近. 钌氧键键长等于0.209 nm, 比EXAFS的实验值大0.018 nm. 在Ru(0001) /BaO表面氮分子倾向吸附于钡原子附近. 相应位置的氮分子吸附能位于0.70到0.87 eV之间, 大于氧原子附近的氮分子吸附能. 钡原子附近的钌原子对氮分子具有更强的活化性能. 相应位置的氮分子拉伸振动频率等于1946 cm^{- 1}, 比氧原子附近的最大分子振动频率小约130 cm^-1. Ru(0001) /BaO表面氮分子键强度介于清洁Ru(0001) 和Ru(0001) /Ba表面之间. Ru(0001)/BaO表面不同位置的氮分子吸附性质差异是由钡和氧原子化学性质不同造成的. 表面钡原子的作用能够减少吸附氮分子的σ^*轨道电子密度, 增加π^*轨道电子密度, 从而增强氮分子和钌原子间的轨道杂化作用, 弱化氮分子键.     

A density functional study of atomic hydrogen and oxygen chemisorption on the relaxed (0001) surface of double hexagonal close packed americium

Ab initio total energy calculations within the framework of density functional theory have been performed for atomic hydrogen and oxygen chemisorption on the (0001) surface of double hexagonal packed americium using a full-potential all-electron linearized augmented plane wave plus local orbitals method. Chemisorption energies were optimized with respect to the distance of the adatom from the relaxed surface for three adsorption sites, namely top, bridge, and hollow hcp sites, the adlayer structure corresponding to coverage of a 0.25 monolayer in all cases. Chemisorption energies were computed at the scalar-relativistic level (no spin-orbit coupling NSOC) and at the fully relativistic level (with spin-orbit coupling SOC). The two-fold bridge adsorption site was found to be the most stable site for O at both the NSOC and SOC theoretical levels with chemisorption energies of 8.204 eV and 8.368 eV respectively, while the three-fold hollow hcp adsorption site was found to be the most stable site for H with chemisorption energies of 3.136 eV at the NSOC level and 3.217 eV at the SOC level. The respective distances of the H and O adatoms from the surface were found to be 1.196 ?and 1.164 ?. Overall our calculations indicate that chemisorption energies in cases with SOC are slightly more stable than the cases with NSOC in the 0.049–0.238 eV range. The work functions and net magnetic moments respectively increased and decreased in all cases compared with the corresponding quantities of bare dhcp Am (0001) surface. The partial charges inside the muffin-tins, difference charge density distributions, and the local density of states have been used to analyze the Am-adatom bond interactions in detail. The implications of chemisorption on Am 5f electron localization-delocalization are also discussed.     

Adsorption of hydrogen and deuterium on potassium-promoted Pd(100) surfaces

The adsorption of H₂ and D₂ has been studied on clean and K-promoted Pd(100) surfaces using thermal desorption, work function changes, ultraviolet photoelectron and Auger spectroscopy. The potassium adlayer significantly lowers the sticking coefficient (from 0.6 to 0.06 at θ_k = 0.2), and the uptake of hydrogen, but increases the desorption energy for H₂ desorption. Calculation showed that each potassium adatom blocks approximately 4–5 adsorption sites for H₂ adsorption. Atomization of hydrogen led to an increase of hydrogen uptake. The adsorption of potassium on the H-covered surface caused a significant decrease in the amount of hydrogen adsorbed on the surface (as indicated by less desorbing hydrogen below 500 K) and promoted the dissolution of H atoms into the bulk of Pd. The dissolved hydrogen was released only above 600–650 K. In the interpetation of the results the extended charge transfer from K-dosed Pd to the adsorbed H atoms and the direct interaction between adsorbed H and K adatoms are taken into account.     

Comparative study of adsorption characteristics of Cs on the GaN （0001） and GaN （0001） surfaces

The adsorption characteristics of Cs on GaN （0001） and GaN （0001） surfaces with a coverage from 1/4 to 1 monolayer have been investigated using the density functional theory with a plane-wave uttrasoft pseudopotential method based on first-principles calculations. The results show that the most stable position of the Cs adatom on the GaN （0001） surface is at the N-bridge site for 1/4 monolayer coverage. As the coverage of Cs atoms at the N-bridge site is increased, the adsorption energy reduces. As the Cs atoms achieve saturation, the adsorption is no longer stable when the coverage is 3/4 monolayer. The work function achieves its minimum value when the Cs adatom coverage is 2/4 monolayer, and then rises with Cs atomic coverage. The most stable position of Cs adatoms on the GaN （000i） surface is at H3 site for 1/4 monolayer coverage. As the Cs atomic coverage at H3 site is increased, the adsorption energy reduces, and the adsorption is still stable when the Cs adatom coverage is 1 monolayer. The work function reduces persistently, and does not rise with the increase of Cs coverage.     

First-principles studies on the Au surfactant on polar ZnO surfaces

The surfactant effect of Au in ZnO nanostructures growth is studied using first-principles slab calculations based on density functional theory. The atomic structure and electronic properties of one monolayer of Au atoms on polar ZnO surfaces are examined. It is found that (1) one monolayer (ML) of Au capping layer on the ZnO polar surfaces may modify the growing properties of ZnO nanostructures by enhancing the binding energy by 0.41 eV/atom for Zn adsorption on the polar surfaces; (2) the Au adlayer on the polar ZnO surfaces seems more active for the adsorption of Zn atoms, which may be at the very heart of the effect that Au acts as catalyst for the growth of the ZnO nanostructures; and (3) total energy calculations show that the gold on-top geometry is energetically favorable than the gold diffused geometry, which may be useful to understand the phenomenon that Au particles are only found at the end of ZnO nanostructures during the growth process.