Au(111)表面甲基联二苯丙硫醇盐单层膜的原子结构

利用第一性原理研究了甲基联二苯丙硫醇盐(BP3S)单体、虚拟Au表面BP3S的分子链和单层膜及BP3S/Au(111)吸附系统的原子结构.计算表明BP3S单体呈对称结构,两苯环夹角为35°±10°.首先BP3S单体在虚拟Au(111)表面自组装成稳定的单一分子链.然后在虚拟Au(111)表面,分子链错位排列自组装成两种稳定的单层膜.在虚拟Au(111)-(3~(1/2)×7~(1/2))和Au(111)-(3~(1/2)×13~(1/2))表面,分子链与虚拟表面夹角分别为60°和30°.最后把两种稳定的单层膜吸附在Au(111)表面的四个吸附位,计算表明只有桥位和顶位稳定,且桥位的吸附能比顶位的吸附能低.比较吸附前后BP3S单层膜的结构变化,可知其变化不大,这说明吸附系统的结构参数主要取决于单层膜内的相互作用,衬底对其的影响不大.     

Cu(100)表面CO分子单层膜的原子结构

利用第一性原理研究了覆盖度分别为1.00, 0.50和0.25 ML时CO分子单层膜在Cu(100)表面的吸附系统. 计算表明CO分子对不稳定. 获得了CO分子单层膜在虚拟Cu(100)表面的原子结构, 以及CO分子单层膜在Cu(100)表面吸附系统的原子结构. 当CO分子单层膜在Cu(100)表面的三个吸附位吸附, 覆盖度为1.00 ML时, 顶位和桥位都稳定, 而空心位不稳定; 覆盖度为0.50和0.25 ML时, 三个吸附位都稳定.比较吸附前后CO分子单层膜的原子结构, 可知CO分子和Cu(100)表面的相互作用强于CO分子单层膜之间的相互作用. 关键词： CO分子单层膜 自组装 CASTEP Cu(100)     

二维云母界面对晶体定向生长的诱导作用研究

利用原子力显微镜(AFM)研究了云母衬底对氯化钠晶体定向生长的诱导作用,发现云母表面的氯化钠按照夹角60°左右的方向或者相互平行、相互垂直的方向生长,此角度分布规律与文献中生物分子在云母表面诱导下组装的纳米结构的夹角相互一致。说明云母表面不但可以用于诱导生物分子按照一定的方向进行自组装,还可以用于诱导无机晶体按照特定的方向进行组装生长。     

Rh在CeO_2(111)表面吸附的第一性原理研究

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,用第一原理计算方法,计算并分析了Rh在CeO_2(111)表面吸附所形成的Rh/CeO_2(111)界面体系的吸附能,价键结构和局域电子结构.考虑了Rh在不同吸附位置的吸附情况.结果表明:1)Rh在CeO_2(111)面有较大的吸附能,表明Rh与CeO_2(111)面有较强的相互作用,而且Rh在位于表面O的三度位,且位于次层氧的顶位的吸附最强;2)Rh的4d态同衬底O的2p态有明显的杂化作用,这是Rh同CeO_2较强作用的主要原因;3)Rh被CeO_2(主要是Rh的次近邻的Ce)氧化为Rh~(3+),并伴随着Ce~(4+)→Ce~(3+)反应的发生.     

罗丹明6G在银纳米线阵列上的SERS光谱研究

制备出有序、均匀的活性衬底一直足表面增强拉曼散射(SERS)研究中的关键.阳极氧化法制备的多孔氧化铝膜的结构有序、均匀,为纳米金属SERS基底的制备提供了模板.以沉积了银的多孔氧化铝组装体为衬底,研究了罗丹明6G(Rh6G)分子的表面增强拉曼散射光谱.结果表明,沉积了银的多孔氧化铝模板是很好的SERS衬底,Rh6G分子在此衬底上的SERS谱强度与银纳米线在表面的显露高度有关,而其拉曼频移未受表面状态的影响,而PO43-离子的存在使SERS强度得到很大提高.     

Ni(111)表面一氧化碳和氢共吸附的密度泛函理论研究

本文用密度泛函理论(DFT)的总能计算研究了一氧化碳和氢原子在Ni(111)表面上p(2×2)共吸附系统的原子结构和电子态，结果表明CO和H原子分别被吸附于两个对角p(1×1)元胞的hcp和fcc位置.以氢分子和CO分子作为能量参考点，总吸附能为2.81 eV，相应的共吸附表面功函数φ为6.28 eV.计算得到的C—O，C—Ni和H—Ni的键长分别是1.19?, 1.96?和 1.71?，并且CO分子以C原子处于hcp的谷位与金属衬底原子结合.衬底Ni(111)的最外两层的晶面间距在吸附后的相对变化分别是 关键词： Fisher-Tropsch反应 催化作用 Ni(111) p(2×2)/(CO+H) 共吸附     

钴原子及其团簇在Rh(111)和Pd(111)表面的扫描隧道显微学研究

利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱(STM/STS)及单原子操纵,系统研究了单个钴原子(Co) 及其团簇在Rh (111)和Pd (111)两种表面的吸附和自旋电子输运性质. 发现单个Co原子在Rh (111)上有两种不同的稳定吸附位,分别对应于hcp和fcc空位, 他们的高度明显不同,在针尖的操纵下单个Co原子可以在两种吸附位之间相互转化. 在这两种吸附位的单个Co原子的STS谱的费米面附近都存在很显著的峰形结构, 经分析认为Rh (111)表面单个Co原子处于混价区,因此这一峰结构是d轨道共振 和近藤共振共同作用的结果.对于Rh (111)表面上的Co原子二聚体和三聚体, 其费米面附近没有观测到显著的峰,这可能是由于原子间磁交换相互作用 和原子间轨道杂化引起的体系态密度改变所共同导致.与Rh (111)表面不同, 在Pd (111)表面吸附的单个Co原子则表现出均一的高度.并且对于Pd (111)表面所有 单个Co原子及其二聚体和三聚体,在其STS谱的费米面附近均未探测到显著的电子结构, 表明Co原子吸附于Pd (111)表面具有与Rh (111)表面上不同的原子-衬底相互作用与自旋电子输运性质.     

乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附结构的研究

采用平面波赝势方法，利用基于从头计算的软件包，对乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附的问题进行了计算. 在低覆盖度时，孤立的乙烯分子的吸附能比密集时高，乙烯分子的C-C 轴大致沿衬底的Ni原子链方向(即沿［110］晶向)，C-C轴与衬底Ni(110)表面有12°的倾斜角，乙烯分子的C—C键的键长为 0.147nm. 乙烯分子中接近顶位的C原子与衬底中距离最近的Ni原子为0.199nm. 在高覆盖度时，乙烯分子在Ni(110)表面上形成c(2×4)再构，每个表面二维元胞中有两个乙烯分子，每个乙烯分子的吸附位置与低覆盖度时相似，而C—C键长比低覆盖度时要短. 乙炔基是乙烯在Ni(110)表面上分解的产物. 关于乙炔基的计算结果表明：乙炔基的两个C原子的间距为0.131nm，比乙烯分子中C原子的间距更短. 与乙烯分子相比，乙炔基的吸附位置更靠近顶位. H原子与吸附在顶位上的C原子相连接，C—H键也大致沿衬底的Ni原子链方向，与Ni表面呈45°的倾斜角. 关键词： 乙烯和乙炔基 平面波赝势方法 吸附几何结构     

CO在Pd掺杂Rh(111)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对CO在Rh(111)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Rh-Pd(111)表面Rh-top、Pd-top、Rh Rh-bridge、Rh Pd-bridge、Pd Pd-bridge、Rh2Pdhcp、Rh Pd2-hcp、Rh2Pd-fcc、Rh Pd2-fcc九个吸附位的13种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了CO较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:CO在Rh(111)和Rh-Pd(111)表面的最稳定吸附位分别为Rh-hcp和Rh-top位,其吸附能的大小顺序为Ph(111)Rh-Pt(111);CO与金属表面成键,属于化学吸附.     

Si衬底上分子束外延Ge,Si时的反射式高能电子衍射强度振荡观察

本文观察了在Si(100)和Si(111)衬底上分子束外延Si,Ge时的反射式高能电子衍射(RHEED)强度振荡现象。其振荡特性表明,外延一定厚度的缓冲层可以改善表面的平整性,较慢的生长速率或中断生长一段时间有利于外延膜晶体质量的提高。Si(100)上外延Si或Ge时,沿[100]和[110]方位观测到的振荡特性均为单原子模式,起因于表面存在双畴(2×1)再构;而Si(111)上外延Ge时,[112]方位观测到的振荡为双原子层模式,但在[110]方位观察到不均匀周期的强度振荡行为。两种衬底上保持RHEED     

X射线衍射方法研究取代酞菁卟啉分子的SA和LB膜

利用X射线衍射和STM方法研究了取代酞菁和卟啉分子的自组装膜(SAM)和LB膜的结构.研究表明这些分子在非极性的石墨表面以分子平面平行于基底平面的形式吸附,而在Si(111)及玻璃等极性表面上则以分子平面垂直于基底表面的形式吸附.这一实验结果表明在不同极性的表面上有机分子可以形成完全不同结构的薄膜.     

冲击作用下黑索金（RDX）热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在冲击作用下的分解机理, 研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子, 然后发生比N-N键断裂更为强烈的C-N键断裂反应形成N2, CO和CO2分子; 在恒定温度(如300K)下,冲击速度增大对加快反应影响不大, 说明高温热点的形成对起爆的重要性.     

冲击作用下黑索金(RDX)热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在冲击作用下的分解机理,研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子,然后发生比N-N键断裂更为强烈的C-N键断裂反应形成N2,CO和CO2分子;在恒定温度(如300K)下,冲击速度增大对加快反应影响不大,说明高温热点的形成对起爆的重要性.     

硫醇自组装分子膜末端基团对其电荷输运特性的影响

在金(111)表面组装了具有不同末端基团的硫醇单层分子膜，并利用导电原子力显微镜研究了分子膜的电输运性质，发现不同末端基团的分子自组装膜的导电能力有明显差别.结合X射线光电子能谱，研究了末端基团中碳原子的结合能与相应硫醇分子电导的关系.结果表明不同末端基团分子膜导电能力的差别可归结为末端基团碳原子电子结合能的差异.结合能越高，末端基团电子的局域化程度越强，导致电子有效注入分子主链的势垒越高，从而减弱了分子膜对电子的输运能力.此外，实验还发现不同末端基团的硫醇单层分子膜有不同的表面电势，导致分子膜电流电压特性曲线的零点产生偏离. 关键词： 分子自组装膜 输运特性 末端基团 导电原子力显微镜     

生长在Cd(0001)和Bi(111)上的二氰基蒽分子薄膜的对比

分子与衬底之间的相互作用在有机薄膜的生长过程中起着非常重要的作用.对于金属衬底和半金属衬底来说,由于不同的电子结构,二者与分子薄膜之间的相互作用会有明显的差异.本文利用扫描隧道显微镜对比研究了二氰基蒽(DCA)分子在金属衬底Cd(0001)和半金属衬底Bi(111)上的薄膜生长.实验发现,在Cd(0001)衬底上,低温沉积的DCA薄膜表现出三维生长模式,而室温沉积的DCA薄膜表现出二维生长模式.特别是DCA分子单层具有斜方对称的4×(13)(¹/2)公度结构,表明DCA与Cd(0001)之间存在较强的相互作用.与此形成鲜明对比的是,在半金属Bi(111)衬底上,低温沉积的DCA薄膜表现出二维生长模式,在分子单层中有莫尔条纹出现,表明DCA单层是一种非公度结构, DCA与Bi(111)之间的相互作用较弱.通过上述的对比研究可以看出,衬底材料的电子结构和沉积温度均可影响DCA分子薄膜的结构和生长模式.     

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.     

有机分子隔离层对机械抛光金属银表面的罗丹明6G荧光增强效应的影响

采用物理吸附法,在机械抛光纯银表面引入对巯基苯胺(p-Amiothiophenol,PATP)分子充当隔离层,运用激光光谱学方法研究隔离层对位于银表面附近的罗丹明6G(Rh6G)分子的荧光增强效应影响。实验结果表明,未经PATP分子修饰的机械抛光金属衬底对Rh6G分子表现为猝灭效应,而经过PATP分子修饰后的银表面对Rh6G分子的荧光发射具有增强效应。根据局域表面等离子共振及辐射能量转移模型对实验观测所得结果进行了分析研究,结果表明,PATP有机分子隔离层的引入有效地减小了荧光分子与金属衬底之间的无辐射能量速率,提高了荧光辐射强度。     

O2在Pt(111)面吸附与解离的原子交叠电子离域研究

用原子交叠和电子离域-分子轨道(ASED-MO)方法和原子集团模型Pt₂₁O₂研究了O₂与Pt(111)面的相互作用过程。由总能极小,发现O₂在Pt(111)面平躺吸附比垂直吸附能量更低,其中O₂平行吸附于桥位是最稳定的吸附位,而且O₂分子键长伸长到1.35?,与最近的近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)实验值(1.37±0.05)?符合得很好。同时,衬底向O_{2 关键词：}     

N2在Cr(110)表面的强化学吸附与离解

用原子交叠和电子离域-分子轨道(ASED-MO)方法研究N₂在Cr(110)面的化学吸附过程。结果表明,N₂平行吸附于Cr(110)面的四度空位,N-N轴平行于[110]方向,与传统的σ施予和π弱反键作用不同,N₂在Cr(110)面平行吸附时,不仅3σ_g而且1π_μ分别向衬底施予0.97和0.54个电子,同时1π_g的反向键合增加到1.83个电子,这导致平行吸附比垂直吸附具有更低 关键词：     

机械-化学方法在硅(100)表面制备芳香烃重氮盐单层膜

利用机械-化学方法同时实现硅表面的图形化和功能化. 在芳香烃重氮盐(C₆H₅N₂BF₄)中用金刚石刀具刻划单晶硅(100),使单晶硅表面的Si-O键断裂,形成硅的自由基,进而它们与溶液中含有的有机分子共价结合以形成自组装单层膜. 用原子力显微镜对自组装前后的表面形貌进行表征,用飞行时间二次离子质谱和红外光谱对自组装单层膜进行检测和分析,通过确认C₆H₅离子的存在证明自组装单层