TiO2表面氧空位对NO分子吸附的作用

采用程序升温热脱附(TPD)实验方法测定了NO在TiO2表面吸附后的脱附谱，利用分子轨道理论研究了TiO2吸附NO的原子簇模型及吸附前后的原子簇能级变化．结果表明，NO在TiO2表面吸附后可在两个峰值温度450和980K脱附出N2．TiO2表面经预覆氧处理后，N2的脱附量降低．吸附时NO中的O能够占据TiO2表面氧空位并与N脱离，而N原子则相互结合成为N2脱附．分子轨道理论计算证明在TiO2(110)表面能够存在氧空位并具备吸附NO的结构条件．     

表面缺陷对一氧化碳和甲基基团在金红石TiO2(110)表面吸附的影响

本文利用程序升温脱附技术研究了氧空位浓度对甲基基团和CO在R-TiO₂(110)表面吸附的影响. 结果表明,随着氧空位浓度的变化,吸附在桥氧位的甲基基团和吸附在五配位Ti⁴⁺位点上的CO分子的脱附温度呈现了不同的趋势,揭示了表面缺陷可能对R-TiO₂(110)不同位点上的物质吸附具有重要影响.     

水在光诱导制备TiO2(110)表面BBO氧空位过程中的抑制作用 (cited: 1)

利用程序升温脱附谱研究了用266 nm激光在表面制备不同氧空位浓度的方法．实验表明利用266 nm激光能够很容易产生表面氧空位．同样90 s光照,在光子数密度大于6.7×10¹⁶ photons/cm²s的时候,表面氧空位浓度和和光子数密度成线性关系．在光照过程中,没有观测到氧气和钛原子的脱附,表明利用266 nm激光在TiO₂(110)-(1×1)制备氧空位是一种有效而且温和的方式．而在表面提前吸附水利用激光产生氧空位的速率比干净的表面慢了两个数量级．进一步研究表面,预先吸附了水后,在光照过程中水更容易脱附,导致桥氧原子的脱附被抑制,降低了氧空位产生的速率     

CO和O2分子与TiO2(110)表面负载Pt单原子的相互作用

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性. 利用扫描隧道显微术与密度泛函理论，研究了Pt单原子在还原性TiO₂(110)表面的吸附行为及其与CO和O₂分子的相互作用. 研究发现在80 K低温下，TiO₂表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位. 将CO和O₂分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO₂表面，研究相应的吸附构型. 实验表明在低覆盖度下，单个Pt原子会俘获一个CO分子，CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_5c)成键，进而形成非对称的Pt-CO 复合物构型. 将样品从80 K升温到100 K后，TiO₂表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)₂的复合结构. 对于O₂分子，单个Pt原子同样会吸附一个O₂分子，O₂分子也会与最近邻或次近邻的Ti_5c原子成键形成两种Pt-O₂构型. 这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O₂与Pt单原子的相互作用，呈现了CO与O₂反应中的初始状态.     

氮化钽团簇阴离子Ta3N3-解离吸附N2中的15N/14N同位素交换研究

氮气分子的吸附和活化是固氮研究中的重要过程. 近年来过渡金属氮化物由于在合成氨催化研究中的优异表现而受到广泛关注. 但是,氮化物物种与氮气分子在高温下反应的微观机制仍然不清楚,而该过程对于认识反应中的温度效应以及缩小气相团簇体系和凝聚相体系间的差距具有重要意义. 本文使用质谱观测到氮化钽团簇阴离子Ta₃¹⁴N₃^-和¹⁵N₂在高温下(393∽593 K)发生¹⁵N/¹⁴N同位素交换而产生¹⁴N₂/¹⁵N¹⁴N. 结合理论计算,阐述了同位素交换反应的微观机理以及升高温度对于N₂在Ta₃N₃^-上解离吸附的促进作用. 而在对比实验体系Ta₃¹⁴N₄^-/¹⁵N₂中,观察到升高温度只能加速¹⁵N₂在吸附产物Ta₃¹⁴N₄¹⁵N₂^-上的脱附. 这是由于氮空位是氮化物物种活化氮气的必要条件,而Ta₃N₄^-中由于不存在氮空位因此不能活化和解离氮气. 该研究为合成氨中氮化物物种中氮空位的作用提供了重要信息并且为固氮研究中高效催化剂的设计提供了线索.     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面还原型缺陷对乙醛偶联反应的作用

本文利用程序升温脱附技术(TPD)研究了乙醛吸附在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的化学性质. 实验结果表明完整晶格位点对乙醛反应表现极为惰性,而表面上的还原型缺陷位点在热驱动下可有效地使乙醛分子通过碳-碳偶联反应生成2-丁酮和丁烯. 提出了乙醛在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面偶联反应主要是通过表面还原型缺陷位吸附成对的乙醛分子,因为表面已有的钛原子对还原型缺陷为乙醛分子提供了合适的吸附位点.     

MgH2(110)表面Pd单原子催化氢脱附反应的第一性原理研究

本文采用第一性原理密度泛函理论计算研究了MgH₂(110)表面吸附单原子Pd后的氢脱附反应. 计算发现,在吸附一个Pd单原子后,MgH₂(110)表面氢脱附反应的能垒可以从1.802 eV显著地降低到1.154 eV,表明Pd单原子对于氢脱附具有很强的催化效应. 并且,Pd单原子催化还可以将氢脱附的温度从573 K显著地降低到了367 K,从而使MgH₂(110)表面的氢脱附反应更加容易和快速地发生. 此外,通过MgH₂(110)表面氢溢出机制的反向过程来讨论了氢脱附反应的微观过程. 该研究表明Pd/MgH₂薄膜在未来的实验中可作为良好的储氢材料.     

NH3在Ni/Pt(111)和Ni/WC(001)表面上分解的第一性原理研究

采用密度泛函理论和slab模型,研究NH₃在Ni单原子层覆盖的Pt（111）和WC（001）表面上的物理与化学行为,计算了Ni单原子覆盖表面的电子结构以及NH₃的吸附与分解.表面覆盖的单原子层中,Ni原子的性质与Ni（111）面上的Ni原子明显不同.与Ni（111）相比,Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）表面上Ni原子dz²轨道上的电子更多地转移到了其它位置,该轨道上电荷密度降低有利于NH₃吸附.在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上NH₃吸附能均大于Ni（111）,NH₃分子第一个N-H键断裂的活化能则明显比Ni（111）面上低,有利于NH₃的分解,吸附能增大使NH₃在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上更倾向于分解,而不是脱附.N₂分子的生成是NH₃分解的速控步骤,该反应能垒较高,说明N₂分子只有在较高温度下才能生成.WC与Pt性质相似,但Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）的电子结构还是有差异的,与Ni（111）表面相比,NH₃在Ni/Pt（111）表面上分解速控步骤的能垒降低,而在Ni/WC（001）上却升高.要获得活性好且便宜的催化剂,需要对Ni/WC（001）表面做进一步改进,降低N₂分子生成步骤的活化能.     

Photocatalytic Activity of N-doped TiO2 Photocatalysts Prepared from the Molecular Precursor (NH4)2TiO(C2O4)2

用不同温度控制分解草酸氧钛铵制备N掺杂TiO₂光催化剂．利用XRD、IR、热分析、N₂吸-脱附等温线、XPS、紫外可见漫反射光谱和SEM表征了N-TiO₂光催化剂的结构．400～600 oC焙烧的N-TiO₂光催化剂为纯锐钛矿相,而700 oC焙烧的N-TiO₂光催化剂为锐钛矿和金红石混合相．N掺杂在TiO₂的间隙位使锐钛矿相TiO₂带隙变窄．在光降解甲基橙的反应中,600和400 oC焙烧的N-TiO₂催化剂分别在紫外光和全波长光照射下有最好活性;700 oC焙烧的N-TiO₂催化剂无论在紫外光和全波长光下都表现出最好的比活性,即最高的光量子效率,这可以归因于700 oC焙烧的N-TiO₂光催化剂良好的结晶程度和锐钛矿-金红石异相结的存在．     

TiN和Ti1-xSixNy薄膜的微观结构分析

使用x射线衍射(XRD)、x射线光电子谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜（AFM）多种观测手段分析了TiN薄膜和Ti_1-xSi_xN_y纳米复合薄膜的微观结构.实验分析证明Ti_1-xSi_xN_y薄膜是由直径为3—5nm的纳米晶TiN和非晶Si₃N₄相构成，并且Ti_1-xSi_{x关键词： 纳米复合薄膜 自由能 表面粗糙度 TiN 1-x}Si_xN_y')" href="#">Ti_1-xSi_xN_y     

Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg, Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO₂体系的电子结构的影响，进而揭示Mg掺杂的LiCoO₂具有高电导率的机理，对Li(Co, Al)O₂和Li(Co, Mg)O₂进行了基于密度泛函理论的第一原理研究. 通过对能带及态密度的分析，发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴，提高了电导，并且通过歧化效应（disproportionation）改变了Co-3d电子在各能级的分布，而Al掺杂则没有这些作用. O关键词： 2')" href="#">LiCoO₂ 电子结构 第一原理 电导     

TiY2N@C80电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了TiY₂N@C₈₀分子的几何、振动和电子性质．理论计算结果表明TiY₂N@C₈₀分子的电子结构性质明显与Sc₃N@C₈₀和Y₃N@C₈₀的不同,而与TiSc₂N@C₈₀相近．对TiY₂N@C₈₀分子进行载流子掺杂时,其磁性     

分子动力学模拟不同组分下CaO-Al2O3-SiO2系玻璃微观结构的转变

采用分子动力学模拟的方法研究了CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃的微观结构，发现Ca/Al=1/2时CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃(网硅酸盐体系)并不像传统理论认为的那样是一个完整的三维网络，而是存在一定量的非桥氧，从而从理论上进一步证实了Stebins等人的实验结果.同时也发现不同的Ca/Al比对Si和Al键接方式产生重要影响，在Ca/Al>1/2时，Al比Si容易成为网络的中间体，其首先插入网络体中间；在Ca/Al<1/2时，Si比Al容易成为网络中间体.虽然在能量上Al—O—Si占有扰势，但当Ca/Al从大于1/2变化到小于1/2时，仍有部分Al—O—Si转变成Al—O—Al和Si—O—Si，丰富了Al自回避规则的内容. 关键词： 2O₃-SiO₂')" href="#">CaO-Al₂O₃-SiO₂ 玻璃 微观结构 分子动力学     

梯形化合物NaV2O4F电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法, 通过自旋极化的广义梯度近似(GGA)电子结构计算对梯形化合物NaV₂O₄F进行了研究. 考虑了四种假想的自旋有序态,计算结果表明该化合物的磁基态具有二维反铁磁(AFM)结构, 即沿梯阶和梯腿方向都表现为AFM作用. 能带结构显示NaV₂O₄F为绝缘体材料, 带隙约为1.0eV. 方锥体中的晶体场劈裂使得VO₄F方锥体中的 V^{4+ 关键词： 2O₄F')" href="#">NaV₂O₄F 梯形化合物 第一性原理计算 电子结构}     

Y掺杂SrTiO3晶体材料的电子结构计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法, 研究了Y掺杂SrTiO₃体系的空间结构和电子结构性质, 得到了优化后体系的结构参数, 掺杂形成能, 能带结构和电子态密度. 对比掺杂浓度为0125, 025, 033时,Sr_1-xY_xTiO₃和SrTi_1-xY_xO₃的掺杂形成能,发现Y替代Sr能形成更稳定的结构. 对Sr_1-xY_xTiO₃（x=0, 0125, 025, 033） 的结构进行了优化,结果表明Y替代Sr后, 随着掺杂浓度增大, 体系的晶格常数逐渐减小, 稳定性逐渐增强. 对不同掺杂浓度的Sr_1-xY_xTiO₃能带结构的计算结果表明：纯净的SrTiO₃是绝缘体, 价带顶在R点, 导带底在Γ点, 费米能级处于价带顶; 掺杂Y后, 费米能级进入到导带底中, 体系呈金属性;掺杂浓度越大,费米能级进入导带的位置越深,禁带宽度也近似变宽. 关键词： 3')" href="#">SrTiO₃ 电子结构 掺杂 VASP     

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     

氮化硅α，β和γ相的解析状态方程和热物理性质

对固体通用状态方程考虑热效应的Einstein模型进行修正，提出一种利用参考温度下的实验数据计算绝对零度下物质参数的方法，并用于Baonza方程以考虑热效应.结果表明，对于Baonza方程，零温下的参数可以解析地求解出来，常用的热物理量也可以推出解析表达式.将得出的公式用于研究氮化硅α，β和γ相的热物理性质.通过对文献的分析确定了这三种相的方程参数，计算的体积随压强变化和热膨胀系数随温度变化的结果与实验数据符合很好.     

Controlling intracellular Ca2+ spiral waves by the local agonist in the cell membrane

A modified spatially extended Tang-Othmer Ca2+ model is used to study intracellular Ca2+ spiral waves numerically.It is found that,as a local stimulation,the local agonist-binding on the cell membrane,which enhances the local concentration of the messenger molecule inositol 1,4,5-trisphosphate(IP 3),can influence the dynamics of the spiral waves.1) Strong enough stimuli can change the spiral wave from a meandering to a rigidly rotating one.2) On the other hand,strong enough stimuli can suppress the spiral wave from the system.It provides the theoretical clue for controlling the spiral waves by stimulating the cell membrane.