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.     

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．     

氢分子在Mg2Ni(010)面的吸附与分解

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,对氢分子在Mg2Ni(010)面的吸附与分解进行了研究,发现氢分子以Horl的方式吸附在表面层Ni原子的顶位时吸附能最高,为0.6769 eV,这表明氢分子最可能以Horl的方式吸附在表面层Ni原子的顶位,此时氢分子跟表面的距离(rd)和氢分子的键长(rH)分别为1.6286 A和0.9174 (A).在分子吸附的基础上计算了氢分子沿着选取的反应路径分解时的反应势垒,发现要使氢分子分解需要0.2778 eV的活化能,而氢分子分解时的吸附能为0.8390 eV,分解后两个氢原子的距离为3.1712(A).在分子吸附和分解吸附时氢原子跟正下方的Ni原子都有较强的相互作用,氢原子所得到的电子主要来自氢分子正下方的Ni原子.     

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980 K脱附出N₂.TiO ₂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.     

氢分子在Mg2Ni(010)面的吸附与分解

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理赝势平面波(PW-PP)方法,对氢分子在Mg2Ni(010)面的吸附与分解进行了研究,我们发现氢分子以Hor1的方式吸附在表面层Ni原子的顶位时吸附能最高,为0.6769eV,这表明氢分子最可能以Hor1的方式吸附在表面层Ni原子的顶位,此时氢分子跟表面的距离( )和氢分子的键长( )分别为1.6286Å和0.9174Å. 在分子吸附的基础上计算了氢分子沿着选取的反应路径分解时的反应势垒,发现要使氢分子分解需要0.2778eV的活化能,而氢分子分解时的吸附能为0.8390eV,分解后两个氢原子的距离为3.1712Å. 在分子吸附和分解吸附时氢原子跟正下方的Ni原子都有较强的相互作用,氢原子所得到的电子主要来自氢分子正下方的Ni原子.     

ZrMn2（110）表面结构及吸氢机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,研究了ZrMn2（110）清洁表面结构和氢原子在表面的吸附。弛豫表面结构的计算结果表明表面结构的最表层为曲面,且表面结构的原子间隙变小。由1Zr2Mn原子组成的空位是氢原子吸附在ZrMn2（110）表面的最佳吸附位,吸附能为3.352 eV,氢原子吸附后离表面的距离为1.140 Å。Mulliken电荷布居分析表明吸附的氢原子与表面原子的相互作用主要是接近氢原子的第一层原子与氢原子的相互作用。过渡态计算表明被吸附的氢原子进入表面内部需克服的最大势垒为1.033 eV。     

过渡族金属掺杂Al(111)表面对氢分子催化分解的影响

为了探求过渡金属催化剂对催化合成储氢材料NaAlH₄效果的影响, 本文采用第一性原理方法研究了多种金属原子取代Al (111)表面铝原子形成的合金表面对氢的催化分解的影响. 计算结果表明, Sc, V, Fe, Ti原子掺杂的表面对氢分子分解具有催化作用. H₂在对应的掺杂表面催化分解所需要的活化能分别为0.54 eV, 0.29 eV, 0.51 eV, 0.12 eV. H原子在Sc, V, Ti掺杂表面扩散需要的活化能分别为0.51 eV, 0.66 eV, 0.57 eV. 同时, 过渡金属掺杂在Al表面时倾向于分散分布, 增加掺杂表面的掺杂原子个数, 掺杂表面的催化效果体现为单个掺杂过渡金属原子的催化效果. 本研究将为金属掺杂Al (111)表面催化加氢合成NaAlH₄提供理论参考.     

CO和O_2分子与TiO_2(110)表面负载Pt单原子的相互作用（英文）

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TiO_2(110)表面的吸附行为及其与CO和O_2分子的相互作用.研究发现在80 K低温下,TiO_2表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位.将CO和O_2分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO_2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,TiO_2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O_2分子,单个Pt原子同样会吸附一个O_2分子,O_2分子也会与最近邻或次近邻的Ti_(5c)原子成键形成两种Pt-0_2构型.这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O_2与Pt单原子的相互作用,呈现了CO与O_2反应中的初始状态.     

Pd@C2N单原子催化剂用于HCOOH分解制氢的第一性原理研究

用于HCOOH分解制氢的贵金属催化剂存在着反应选择性差和资源稀缺等问题. 单原子催化可以有效改善催化剂性能并降低成本，C2N作为一种新型二维材料可为过渡金属原子提供良好的结合位点. 本文利用密度泛函理论，设计了Pd@C2N 单原子催化剂，研究了HCOOH在Pd@C2N表面上的吸附和分解制氢反应机理. 结果表明，HCOOH可在Pd原子顶位吸附，并在C2N表面N原子的协同作用下通过甲酸盐路径生成氢气. 通过比较，Pd@C2N具有比Pd (111)表面更好的催化反应活性与选择性.     

电化学析氢反应中单层MoSe2氢吸附机理第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe₂纳米材料表面及两种边缘（Mo原子边缘、Se原子边缘）不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能（Gibbs free energy,用△G_H⁰表示）,并且将对应的微观结构进行了系统分析比较,得出△G_H⁰最接近于0 eV的吸附位点及相应的吸附率.同时,结合差分电荷密度和电负性理论,分析了单层MoSe₂两种边缘氢吸附的电荷转移及成键特性,进一步解释了不同吸附位点呈现的结构与能量趋势.最后,通过基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟,研究了高温热运动对两种边缘氢吸附的影响,获得了氢原子发生脱附的临界温度及对应的微观动态过程.该理论研究从原子尺度揭示了单层2H相MoSe₂纳米材料边缘不同位点在不同温度下对氢原子吸附和脱附的微观机理,证实了Mo原子边缘的畸变和重构行为,加深了对实验中单层2H相MoSe₂边缘在不同温度下氢吸附机理的理解,为实验中通过控制MoSe₂边缘设计廉价高效的析氢催化剂提供理论参考.     

碱金属钠原子修饰硅原子团簇的结构及储氢性能研究

提出碱金属钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构模型,采用密度泛函理论(DFT)研究钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构及储氢性能.研究结果表明,氢分子与笼形Si_6团簇表面相互作用很弱,氢分子在其表面容易脱附.采用钠原子修饰笼形Si_6团簇后可有效避免氢分子的脱附,并且钠原子在笼形Si_6团簇的表面不发生团聚,有利于氢分子在其表面吸附和循环利用.研究发现在两个钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构中,每个钠原子可以有效吸附六个氢分子.计算得到Na2Si_6团簇结构储氢的质量分数高达10.08 wt%,且氢分子的平均吸附能约为0.837 kcal/mol.可见,实现钠原子修饰笼形Si_6团簇结构在常温常压条件下储氢是有可能的.     

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.     

Si(111)表面吸附氢会形成双氢化相吗?

用热脱附谱研究了原子氢在Si(111)表面的吸附,得到了两个吸附状态。从脱附谱特性同Si(100)/H系统的相似性,可以推测氢在Si(111)表面也存在单氢化相和双氢化相两种状态。单氢化相主要是顶位吸附所形成的,而双氢化相的形成则可以用McRae所提出的Si(111)(7×7)表面原子结构的三角形二聚物层错模型来解释。 关键词：     

单原子Al修饰空位缺陷V2C（MXene）对H2气体表面吸附的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对含空位缺陷的V₂C(MXene)在不同位点修饰单原子Al的相关性能进行系统研究.研究表明,几何优化后得到含空位缺陷的V₂C稳定结构表面能为-3075.53 J/m²,单原子Al修饰本征V₂C单原子的吸附能为1.5511eV、单原子Al修饰空位缺陷V₂C的吸附能为-2.0763 eV,这表明含空位缺陷的V₂C,由于单原子Al的修饰可以明显改善晶体结构稳定性.进一步从态密度、分波态密度、吸氢能力研究发现,各体系态密度和分波态密度均出现分波越过费米能级的现象,表现出较强的金属性;V₂C吸附H₂气体分子吸附能为-7.5867 eV,而空位缺陷V₂C和单原子Al修饰空位缺陷V₂C两个体系对H₂气体分子的吸附能仅为-0.9851 eV、-2.7130 eV,均未能进一步改善V₂C对H₂气体分...     

CO在表面有序合金Cu{001}c(2×2)-Pd上的吸附

用高分辨电子能量损失谱研究CO在有序表面合金Cu{001}c(2×2)-Pd上的吸附位置,在240K,CO仅直立地吸附在Pd原子的顶位;在135K,低覆盖度时,CO仅直立地吸附于Pd原子顶住,覆盖度增加后,CO同时直立地也吸附于Pd和Cu原子的顶位。     

原子氢在Be(1010)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. 关键词： 表面能 功函数 量子尺度效应     

NO在清洁和Cs覆盖的Ru(100)表面上吸附的热脱附谱

用热脱附谱等方法研究了NO分别在清洁和Cs覆盖的Ru(1010)表面上的吸附.结果表明:存在两种NO分子吸附态(a1,a2),脱附温度分别处于325℃和550℃附近.Cs的存在增加了Ru(1010)表面上a2态的吸附位置,提高了该态的脱附温度.Cs在Ru(1010)表面上的存在同时促进了吸附NO分子的分解.NO在Ru(1010)表面上分解后形成吸附O原子和N原子.N原子复合以N2在约500℃附近脱附,同时Cs的存在也促进了N2O的形成.在Cs覆盖的Ru(1010)表面上,N2O的脱附温度约在425℃.     

C2H4在清洁和有Cs覆盖的Ru(0001)表面吸附的TDS研究

用热脱附谱(TDS)方法研究了乙烯(C₂H₄)在Ru(0001)表面上的吸附.在低温下(200K以下)乙烯可以在清洁及有Cs的Ru(0001)表面上以分子状态稳定吸附,在衬底温度升高至200K以上时,乙烯发生了脱氢分解反应,乙烯分解后的主要产物为乙炔(C₂H₂).在清洁的Ru(0001)表面,乙烯有两种吸附状态,脱附温度分别为275K和360K.而乙炔的脱附温度为350K.在Ru(0001)表面有Cs的存在时,乙烯分解 关键词： 乙烯 钌(0001)表面 铯钌(0001)表面乙烯 钌(0001)表面 铯钌(0001)表面     

单原子催化剂Ir1/MoS2表面上的NH3吸附与直接分解的第一性原理

NH₃的催化分解一直是制备高纯度氢的有效途径之一,因此具有良好的催化活性的贵金属被广泛的应用于催化解离的研究中.然而,由于纯金属催化剂的利用效率低,增加催化成本.最近的研究发现单原子催化剂Ir₁/MoS₂以其突出的优势被认为是一种潜在的能替代现有贵金属催化剂的材料.本文采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了NH₃在单原子催化剂Ir₁/MoS₂上的吸附与活化.结果表明:NH₃的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为倾斜结构(atop),NH₃与体系表面的金属Ir成键,吸附能达到1.63 eV,是化学吸附;进一步分析了NH₃直接催化分解的反应路径,给出了相应的反应热、活化能,结果显示NH₃在atop位的解离比脱附有利,第一步脱氢反应活化能最小,N-H键易断裂,第二步反应能垒较高,此步为整个反应的决速步.     

基于密度泛函理论的DBDS与DBS对铜绕组腐蚀性能对比研究

二苄基二硫醚(DBDS)与二苄基硫醚(DBS)是变压器内部主要腐蚀性硫化物,能腐蚀铜绕组,破坏变压器的安全运行.为从微观层面探究两者腐蚀性能的差异,基于密度泛函理论(DFT)对DBDS与DBS的腐蚀性能进行对比研究.计算了DBDS/Cu(110)吸附模型与DBS/Cu(110)吸附模型的功函变化,发现DBDS/Cu(110)的功函变化ΔΦ_1(-0.388 eV)绝对值要小于DBS/Cu(110)功函变化ΔΦ_2(-1.118 eV)绝对值,说明DBS更易吸附Cu(110)表面;DBDS在Cu(110)表面的吸附能E_(ads1)为8.571 eV,DBS在Cu(110)表面吸附能E_(ads2)为6.077 eV,表明两者都不能自发吸附,需要从外界吸热才能吸附,且DBS从外界获取能量更少,更容易吸附.同时比较了DBDS分子与DBS分子前线轨道分布以及HOMO轨道与LUMO轨道能量差,计算了DBDS分子与DBS分子的电负性,结果表明:DBDS电负性大小为3.132 eV,DBS电负性大小为3.100 eV,两者基本相等.而DBDS前线轨道能量差(2.610 eV)明显小于DBS前线轨道能量差(3.610 eV), DBDS优化前后的S-S键长分别为2.033?和3.057?,说明DBDS更容易与Cu发生反应.以上模拟结果说明,DBS更易吸附于Cu,而DBDS更易与Cu发生反应.