低As压退火对GaAs(001)表面形貌与重构的影响

在低As压条件下退火处理原子级平坦的GaAs(001) βup 2(2×4)重构表面. 利用扫描隧道显微镜对表面进行研究, 发现随着低As压退火时间的延长, 表面形貌与表面重构的演变同步进行. 表面形貌经历了从有序平坦转变为无序平坦, 然后逐渐恢复到有序平坦状态的过程. 表面重构则由βup 2(2×4)重构逐渐转变为(2×6)重构, 然后再转变为锯齿状的(2×6)重构, 并且表面形貌与表面重构的演变存在一定的相互关系.     

Cu/N表面沉积共掺杂TiO_2光催化剂作用机理的理论研究

本文采用基于周期性密度泛函理论研究了Cu/N表面沉积共掺杂对锐钛矿相TiO2(001)面的修饰作用.计算了Cu在不同位置掺杂TiO2(101)面和(001)面的形成能,并在此基础上计算N不同位置掺杂TiO2(001)面及Cu/TiO2(001)面的形成能,通过形成能的比较获得了表面共掺杂的最优化结构.在此基础上计算了最稳定结构的能带结构及态密度,并与S单掺杂TiO2(001)面最稳定结构进行了对比.通过对结果的分析发现:Cu/N在(001)表面的沉积共掺杂有效降低了TiO2的禁带宽度,并在表面形成CuO2相,更利于提高其光催化活性.     

Structure of Reconstructed Cu(100) Surface Induced by Dissociative Adsorption of Gaseous Oxygen

用低能电子衍射(LEED)和扫描隧道显微镜技术研究了氧气在Cu(100)表面化学吸附所形成的表面重构结构．在低覆盖度下,实验上观察到了两个有序重构的混合相,分别为c(2×2)O重构和(√2×2√2)R45°-O重构．在氧原子的覆盖度逐渐增加的过程中,c(2×2)O重构区域的面积逐渐减小．在初始氧化阶段,实验上观察到了呈条状的“锯齿”形的重构结构,这些锯齿形的结构是由相邻的局域化的c(2×2)区域的边界区域(Cu)构成的．STM实验发现,相对于其他重构区域,这些锯齿形的重构区域与有机分子之间存在更加强烈的相互作用．通过分析在不同退火温度下样品LEED衍射点的变化,研究了重构结构的热稳定性,发现三种结构的热稳定性顺序是：锯齿结构>c(2×2)O重构>(√2×2√2)R45°-O重构．     

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.     

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．     

CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上的吸附与解离: 团簇模型的密度泛函计算

采用简单团簇模型结合密度泛函理论研究了CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上的吸附与解离过程. 计算结果表明, CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上首先会形成两种化学吸附状态, 然后CH3OH经解离生成CH3O自由基和H原子吸附在表面不同位置上. 通过比较各个吸附解离路径, 发现解离后的H原子相对更容易吸附在位于表面第二层紧邻的As原子上.     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。     

Ni,Pd和Pt的表面应力

半经验的修正嵌入原子方法用于Ni，Pd和Pt的低指数面的表面应力计算，得到了与第一原理计算相符合的结果．给出了（110）表面［110］方向的应力是［001］方向应力的两倍左右；阐明了应力各向异性是所有fc金属（110）面的一般特性．预言了Pd和Pt（100）的表面应力的大小． 关键词：     

表面效应对锂离子电池正极材料LiMn2O4性能的影响

应用基于自旋极化和广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的密度泛函理论计算,研究了锂离子电池正极材料LiMn₂O₄ (001)表面原子和电子结构.发现表面和亚表面附近的原子在垂直于(001)面的方向上具有非常大的弛豫,这对LiMn₂O₄材料在锂离子电池中应用时发现的表面Mn的溶解现象有很大关联.由于表面效应,在LiMn₂O₄ (001) 表面只有三价Mn³⁺离子存在,而这些三价锰离子非常活跃,在该材料电极/电解液界面很容易发生歧化反应,从而加速了Mn的溶解.其他计算结果也和实验观察相符合. 关键词： 锂二次电池 表面弛豫 从头算     

锐钛矿型TiO_2(001)-(1×4)表面还原型缺陷对乙醛偶联反应的作用（英文）

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TiO_2(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TiO_2(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.     

C20与Si(100)-(2×1)重构表面相互作用的计算机模拟研究

用分子动力学的方法模拟研究了低能C20与Si(100)-(2×1)重构表面的相互作用过程.将描述C、Si结构的Tersoff势和描述原子间短程排斥的KrC势相结合,建立了一个混合势作为原子间的相互作用模型.荷能C20垂直轰击到Si(100)-(2×1)表面后,由于在<110>方向受到非对称力场的作用而产生横向的集体运动,改变的入射能量导致C20与Si(100)-(2×1)表面最接近的垂直距离不同,从而受到不同的横向力场的作用而产生不同的表面运动特性.C20能量耗尽后稳定吸附在Si(100)-(2×1)表面,且只有两个稳定吸附位置,即二聚体(dimer)和"峡谷"(trough)位,这两个吸附位置的存在可用C20与Si(100)-(2×1)表面之间非对称的表面力场分布来定性解释.最终C20与Si(100)-(2×1)表面有强烈的化学键形成.模拟结果与STM的实验观察结果进行了比较.     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO2)体相及其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明,t-HfO2(001)表面不会产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO2(001)表面态密度明显高于体相态密度.其次,表面原子的态密度更靠近费米能级(EF),价带往低能量处移动,并有表面态产生.计算结果表明了t-HfO2表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO2(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位数减少,表面原子周围的环境发生变化而引起的.     

用低能电子衍射研究氢在Si(100)表面吸附引起的相变

描述了用低能电子衍射(LEED)研究不同温度下在Si(100)-c(8×8)表面吸氢引起的一系列相变过程。实验发现:在液氮温度下,在Si(100)-c(8×8)表面连续吸氢将引起表面经Si(100)-(4×1)-H向(2×1)-H最终向(1×1)-H转变;而在从700℃到室温间的不同温度下饱和吸氢,实验中观察到:Si(100)-c(8×8)表面将先转变至Si(100)-c(4×4)-H,然后至(2×1)-最终至(1×1)-H。     

First-principles Study of Geometric and Electronic Structures of Si(111)-√7×√3-In Surface Reconstruction

为了确定Si(111)-√7×√3-In表面的结构以及理解其电子性质,构建了六角型和矩形型的六种模型,并进行了第一性原理计算．通过模拟这些模型的扫描隧道显微镜图像,计算了功函数,并和实验结果进行了比较．发现hex-H3'模型和rect-T1模型分别为实验中的六角型和矩形型结构．同时还讨论了In覆盖度在1.0单层附近时In/Si(111)表面结构的演化机制．认为4×1相和√7×√3相具有两种不同的演化机制,和实验结果一致     

VC(001)弛豫表面构型与电子结构第一性原理研究

用第一性原理方法对VC(001)清洁表面的构型和电子结构进行了详细研究，与TiC(001)面类似，VC(001)面弛豫后形成表面皱褶，其表层V原子和C原子分别朝体相和真空方向移动. 能带计算结果表明，过渡金属碳化物(001)面的能带结构符合刚性带理论模型. 对于VC(001)面，表面态主要处在-30eV附近，其主要成分为表层C原子的2pz轨道. 此外，以表层V原子的3d轨道成分为主的表面态出现在费米能级附近，由于这些表面态以表面法线方向的轨道(3d２z和3dxz/dyz)为主要成分，因此在表面反应中将起到重要作用，从而体现出与TiC(001)面不同的反应性质. 关键词： 过渡金属碳化物 表面态 能带结构     

不同覆盖度下丙硫醇在Au(111)面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了丙烷硫醇 (C₃H₇SH)在Au(111)面五种覆盖度(1/16, 2/16, 3/16, 4/16, 1/3) 下的未解离和解离吸附的结构、能量和吸附性质. 发现丙烷硫醇的倾斜角和吸附能均受覆盖度影响, 计算结果显示丙烷硫醇的倾斜角随着覆盖度的增大减小了6°–10°, 吸附能随覆盖度的增大减小了0.21 eV. 特别针对饱和覆盖度, 研究了三种可能的表面结构: (2√3×2√3 ight)R30°, 2√3×3和(3×3). 发现S–H键未解离时三种表面结构的吸附构型和吸附能基本一致; S–H键解离后, (2√3×2√3 ight)R30°和2√3×3结构的吸附能比以(3×3)结构的吸附能约高0.05–0.07 eV, 说明C₃H₇S在Au(111)面吸附时, 倾向于形成(2√3×2√3 ight)R30°和2√3×3结构. 此外, 采用DFT-D2方法对饱和覆盖度下C₃H₇SH分子在Au(111)面的吸附进行了范德华修正, 结果显示分子间相互作用使吸附物和Au表面的距离减小, 该相互作用对吸附能的修正值为0.53 eV, 修正后结果与实验结果接近. 关键词： 第一性原理 覆盖度 表面结构 范德华力     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO₂)体相及 其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明，t-HfO₂(001)表面不会 产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO₂(001)表面态密度明显高于体相态 密度.其次，表面原子的态密度更靠近费米能级(E_F)，价带往低能量处移动，并 有表面态产生.计算结果表明了t-HfO₂表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO₂(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位 数减少，表面原子周围的环境发生变化而引起的. 关键词： 密度泛函理论 2(001)')" href="#">t-HfO₂(001) 表面电子结构     

WO_3(001)表面活性氧物种的理论研究

采用第一性原理结合周期性平板模型的方法,对O_2在完整和缺陷WO_3(001)表面的吸附行为进行了研究.结果表明:WO_3(001)完整表面上吸附态的O_2不易成为表面氧化反应的活性氧物种,当吸附质与表面作用时,将优先与表面晶格氧(O_t)成键,进而形成表面缺陷态,体系呈现金属性,电导率增大.比较O_2在缺陷表面上各吸附构型的吸附能发现,O_2的吸附倾向于发生在缺陷位置(W_v)上,且表现为氧气分子中的两个氧原子均与缺陷位W_v作用,形成新的活性氧物种(O_2~-);吸附后表面被氧化,电导率降低.     

应力对(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面电子结构的影响

考虑到应力对超薄层(GaP)_1/(InP)_1(111)结构中Ga-P和In-P键长的作用为均匀分布的情况,本文提出在紧束缚近似下,将应力的影响直接反映到Harrison的交迭积分项中,并利用Recursion方法全面计算了由Keating模型确定的稳定(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面的电子结构,结果表明,这种材料的带隙为1.88eV,它比体材料GaP(2.91eV)和InP(1.48eV)的平均值小0.31eV.通过对辅助模型的研究,可以发现随键长应力的增大,系统带隙加宽,费密能级移动,同时计算得到的各晶位上原子的电子占有数结果清楚地反映了InP的离化程度比GaP高,最后证明这类应力超晶格(111)表面有类似的SP_z+P_x—P_y退杂化轨道存在,但是各分波轨道对它的贡献与(GaAs)_1/(AIAs)_1(001)超晶格中(001)表面的相应情况是不同的。     

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.