碘原子在银(110)面吸附的能带理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性模守恒赝势平面波分子动力学方法研究了碘原子在Ag(110)面的吸附性质。首先对银体相性质和Ag(110)面的驰豫进行了计算,验证了生成的赝势的可靠性;随后对碘原子在Ag(110)表面各吸附位的性质进行了研究,最稳定的吸附位是短桥位。另外,本文还考虑了碘原子吸附对Ag(110)表面结构性质的影响。     

氧在银表面上的吸附态的理论研究

本文根据银表面的特点,用CNDO法研究了氧在银表面上可能形成的各种吸附态.结果表明,氧分子以卧式吸附在核间距较大的表面桥位上时,能形成较强的吸附键.此时氧分子的离解趋势较大.分析和计算了氧分子和氧原子在Ag(110)和Ag(111)晶面上的有利吸附位置和取向.比较了两种晶面吸附性能的差别.计算结果与实验的推论相一致.     

氯原子在Ag低指数面上的吸附位和吸附态

应用原子和表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法(简称5-MP)对Cl-Ag低指数表面体系进行了研究, 并获得了全部的临界点特性, 如吸附位、吸附几何、结合能、正则振动等. 计算结果表明: 在Ag(100)面上, Cl原子吸附在四重洞位; 在Ag(111)面上, Cl吸附在三重洞位; 尽管第一与第二周期原子在(110)面上的稳定吸附态大都为赝式三重位和长桥位, 但在Ag(110)面上, 四重洞位是氯原子的稳定吸附态. 理论分析结果和实验推测结果符合得很好. 理论结果给出Cl原子在Ag表面的吸附结合能和表面簇合物的粗糙度有关, 结合能从小到大的顺序为(111)＜(100)＜(110).     

氧在银表面吸附的EHMO研究

本文应用EHMO法计算了氧原子、氧分子和若干代表Ag(111)表面上不同位置的银原子簇间的位能曲线或位能面。结果表明:在150～250℃间,Ag(111)表面化学吸附氧时,最可能的吸附位置是叠位,被吸附物的价态为O~-。这种单原子氧是氧分子在叠位发生解离吸附所形成。在Ag(111)表面上,不形成双原子氧吸附,它可能只发生在单个Ag原子(或某些高度分散的载体银或特殊的晶体银,其特性类似单个Ag原子)上,被吸附时的价态为O_2~-。     

苯乙烯在Ag(111)和Ag(110)表面环氧化反应结构敏感性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对苯乙烯在Ag(110)表面和Ag(111)表面的环氧化反应进行了计算研究. 经计算, 在Ag(110)表面预吸附氧原子更易吸附在3 重穴位(3h), 吸附能为-3.59 eV; 在Ag(111)表面预吸附氧原子的最稳定吸附位是fcc 位, 吸附能为-3.69 eV. 苯乙烯的环氧化反应过程首先经过一个金属中间体, 然后再进一步反应变为产物, 其中经过直链中间体较支链中间体更加有利. Ag(110)面的反应活化能一般大于Ag(111)面的, 并且微观动力学模拟结果表明, Ag(111)表面生成环氧苯乙烷的选择性要明显高于Ag(110)表面(0.38 与 0.003), 原因是Ag(111)面环氧化反应活化能小于苯乙醛及燃烧中间体的活化能, 而在Ag(110)上正相反.     

硫原子在镍低指数表面和(311)台阶面的吸附

应用原子和表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法(简称5-MP)构造了S-Ni表面簇合物体系的解析势函数.首先对S-Ni低指数表面体系进行了研究,并获得了全部临界点性质.计算结果表明:硫原子在Ni(100)面上的稳定吸附态为四重洞位,在Ni(111)面上,硫原子吸附于三重位,硫原子在Ni(110)面上的吸附位有所变化.第一与第二周期的原子在(110)面上的稳定吸附态大都为赝式三重位和长桥位,而硫原子却吸附在Ni(110)面的四重洞位.理论分析结果和实验推测结果符合得很好.同时,还对S-Ni(311)台阶面吸附体系进行了研究.理论结果表明:S-Ni(311)表面吸附体系只存在四重吸附态和hcp三重吸附态,fcc三重吸附态在和四重吸附态的竞争中完全湮灭.对于S-Ni表面吸附体系,理论结果给出S原子的表面吸附结合能和表面簇合物的粗糙度有关.结合能从小到大的顺序为(111)<(100)<(110)<(311).     

电极/溶液界面单分子吸附层的统计力学处理——Ⅳ.水溶液中银单晶电极的内层微分电容

根据本文系列I提出的电极/溶液界面溶剂化层偶极取向分布模型,拟合计算Ag(111)、Ag(100)及Ag(110)/水溶液界面的内层微分电容(C_1)～表面电荷密度(σ)变化关系。表明在银电极上,吸附水分子似分别稳定在金属原子点阵的顶位(111)或穴位(100)及(110)。讨论了溶剂化层的结构与性质对C_1～σ曲线可能产生的影响。     

电极/溶液界面单分子吸附层的统计力学处理 IV. 水溶液中银单晶电极的内层微分电容

根据本文系列I~[6]提出的电极/溶液界面溶剂化层偶极取向分布模型, 拟合计算Ag(111)、Ag(100)及Ag(110)/水溶液界面的内层微分电容(C_1)～表面电荷密度(σ)变化关系。表明在银电极上, 吸附水分子似分别稳定在金属原子点阵的顶位(111)或穴位(100)及(110)。讨论了溶剂化层的结构与性质对C_1～σ曲线可能产生的影响。     

用低能电子衍射研究Ag(100)表面吸附氯的表面结构

引言我们曾研究了金属镍,铜,钛,钨,铝,铁,银,铂,钼等和非金属硅与石墨及ⅢA—VA与ⅡB—ⅥA化合物晶体等的弛豫、重构和吸附表而的60多个表面结构。本文报道研究Ag(100)c(2×2)—C1表面的结果。Zanazzi和Jona观测了Ag(100)c(2×2)—C1表面结构的21束LEED谱,并采用层—KKR(Korring—Kohn—Rostocker)法,对清洁的Ag(100)表面吸附C1原子时假设了4种结构模型。经理论计算与观测值的比较,提出了C1原子的单层吸附和C1原子与Ag原子     

氧原子在Al(100)、(110)、(111)面上的吸附与振动

利用原子与表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法(简称5-MP)系统研究了O-Al低指数面表面吸附体系, 获得了吸附几何、结合能、振动频率等吸附态的临界点特性. 通过把这些临界点特性作为研究吸附体系的探针, 系统分析了吸附体系的性质. 理论计算结果表明, 在Al(111)面上, 氧原子在表面三重位处存在吸附态, 其垂直表面的振动频率为621(619) cm-1, 平行表面的振动频率为880(887) cm-1. 在子表面八面体处也存在吸附态, 其垂直振动频率为464 cm-1, 平行振动频率为437 cm-1; 在Al(100)面上, 氧原子在表面四重洞位、子表面四面体处存在吸附态;在Al(110)面上,氧原子优先吸附在表面膺势三重位而非长桥位,同时子表面八面体处也存在吸附态.     

氧原子在Pt低指数面上的吸附和振动

应用原子和表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法（简称5-MP）对O-Pt低指数表面体系进行了研究,并获得了全部临界点特性.计算结果表明,氧原子在Pt(100)面上只存在四重吸附态.在缺行重构的(110)面上,氧原子仍吸附于三重位,随着覆盖度的增加还会嵌切吸附于长桥位;通过分析三重态振动指纹性质的遗传和遗变,确认实验观察到的59.49和40.90 meV损失谱分别为氧原子在三重位和长桥位吸附态的表面垂直振动.     

Nb(110)表面氧原子覆盖度对氧分子解离的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Nb(110)表面氧原子覆盖度分别为0.25、0.50、0.75 和1.00单层时对氧分子解离的影响. 结果表明, 在氧原子覆盖度不大于0.50单层时, 由于氧分子和表面铌原子的较强相互作用, 使它们能够自发解离. 然而在氧原子覆盖度为0.75单层时, 氧分子只能够在未占据的洞位附近解离, 同时发生严重的晶格畸变. 在形成一个氧原子单层后(1.00 单层), 氧分子只能弱吸附在Nb(100)表面上,此时氧原子向内扩散成为氧分子继续解离的速率决定步骤. 这些结果从理论上解释了在形成一个氧原子单层后, Nb(110)表面氧分子吸收速率迅速下降的原因.     

氧原子在钨低指数表面及(211)高指数表面上的吸附和振动

 应用原子和表面簇合物相互作用的5参数Morse势方法研究了氧原子在W低指数表面及(211)高指数表面上的吸附和振动. 计算结果表明,低覆盖度下,在W(100)面氧原子吸附在四重洞位,随着覆盖度增加,(100)面发生缺行重构,膺式三重位为稳定吸附位; 在W(110),(111)及(211)面,氧原子均趋向于吸附在膺式三重位. 该计算结果和实验符合得很好.     

Ag在MgF2(010)表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势法, 对MgF2(010)面及吸附Ag的构型进行了优化, 并计算了MgF2(010)面吸附Ag体系的吸附能、 电子结构和光学性能. 结果表明, MgF2(010)面能隙低于体相, 态密度分裂, 出现表面态. Ag在MgF2(010)面的吸附属于稳定的化学吸附, 最佳吸附位为最外层F的四重穴位. 吸附机理主要表现为Ag的4p轨道与第二层的Mg的2p和3s轨道之间发生相互作用, 有少量电荷从Ag向Mg迁移. 吸附Ag后, 可见光波段的光吸收增加, Ag吸附后将使体系在可见光波段出现吸收峰.     

水在HfO2(111)和(110)表面的吸附与解离

运用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA-PW91)结合周期平板模型, 研究水分子在二氧化铪(111)和(110)表面不同吸附位置在不同覆盖度下的吸附行为. 通过比较不同吸附位的吸附能和几何构型参数发现:(111)和(110)表面铪原子(top 位)是活性吸附位. 水分子与表面的吸附能值随覆盖度的变化影响较小. 在(111)和(110)表面, 水分子都倾向以氧端与表面铪原子相互作用. 同时也计算了羟基、氧和氢在表面的吸附, Mulliken 电荷布居, 态密度及部分频率. 结果表明, 在两种表面羟基以氧端与表面铪相互作用, 氧原子与表面铪和氧原子同时成键, 而氢原子直接与表面氧原子相互作用形成羟基. 通过过渡态搜索, 水分子在(111)和(110)表面发生解离, 反应能垒分别为9.7和17.3 kJ·mol^-1, 且放热为59.9和47.6 kJ·mol^-1.     

Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面吸附结构的总能计算

采用密度泛函理论(DFT)研究了氧吸附后Pt/Cu(001)表面合金的原子结构和表面性质.计算结果表明,在Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面最稳定结构中,衬底表面原子层不发生再构,氧原子吸附于4重对称的Pt原子谷位,每个氧原子吸附能约为2.303 eV.吸附结构的Cu-O和Pt-O键键长分别为0.202和0.298 nm,氧原子的吸附高度Zcu-O约为0.092 nm.吸附前后Pt/Cu(001)-1ML(monolayer)表面合金的表面功函数分别为4.678和5.355 ev.吸附表面氧原子和衬底的结合主要来自氧原子2p轨道和衬底金属原子d轨道的杂化作用,氧原子吸附形成的表面电子态主要位于费米能级以下约-2.7 eV处.     

Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面吸附结构的总能计算

采用密度泛函理论(DFT)研究了氧吸附后Pt/Cu(001)表面合金的原子结构和表面性质. 计算结果表明, 在Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面最稳定结构中, 衬底表面原子层不发生再构, 氧原子吸附于4重对称的Pt原子谷位, 每个氧原子吸附能约为2.303 eV. 吸附结构的Cu—O和Pt—O键键长分别为0.202和0.298 nm, 氧原子的吸附高度ZCu—O约为0.092 nm. 吸附前后Pt/Cu(001)-1ML(monolayer)表面合金的表面功函数分别为4.678和5.355 eV. 吸附表面氧原子和衬底的结合主要来自氧原子2p轨道和衬底金属原子d轨道的杂化作用, 氧原子吸附形成的表面电子态主要位于费米能级以下约-2.7 eV 处.     

氧在CuCl(111)表面吸附的密度泛函理论研究

运用广义梯度密度泛函理论的PW91方法结合周期平板模型,在DNP基组下研究了氧分子和氧原子在CuCl(111)表面上的吸附.对氧分子在CuCl(111)表面吸附的相关计算和比较发现,覆盖度为0.25单层时的吸附构型为稳定的吸附构型,氧分子倾斜地吸附在CuCl(111)表面的顶位时比较稳定,吸附后O2分子的伸缩振动频率与自由O2分子相比发生了红移.态密度和Mulliken电荷布居分析结果表明,整个吸附体系发生了由Cu原子向O2分子的电荷转移.氧原子在CuCl(111)表面吸附的计算结果表明,氧原子倾向于以穴位(hollow)吸附在CuCl(111)表面,通过Mulliken电荷布居和态密度分析对氧原子在CuCl表面的吸附行为作了进一步探讨.     

吸附O的Cu(110)c(2×1)表面原子结构和电子态

采用第一性原理的密度泛函理论方法计算了清洁Cu(110)表面和吸附O原子的Cu(110) c(2×1)表面的原子结构, 结构弛豫和电子结构, 得到了各种表面结构参数. 分别计算了O原子在Cu(110)表面三个可能吸附位置吸附后的能量, 并给出了能量最低的吸附位置上各层原子的弛豫特性和态密度. 结果表明O吸附后的Cu(110)表面有附加列(added-row)再构的特性, O原子吸附在最表层铜原子上方, 与衬底Cu原子的垂直距离为0.016 nm, 以氧分子为能量基准的吸附能为－1.94 eV; 同时由于Cu 3d- O 2p态的杂化作用使得低于费米能级5.5~6.0 eV的范围内出现了局域的表面态. 计算得到清洁的和氧吸附的Cu(110)表面的功函数分别为4.51 eV和4.68 eV. 电子态密度的结果表明：在Cu(110) c(2×1) 表面O吸附的结构下, 吸附O原子和金属衬底之间的结合主要是由于最表层Cu原子3d态和O原子2p态的相互作用.     

尿素在ZnO(1010)表面的吸附

运用VASP(Vienna ab-initio simulation package),采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理计算,研究了尿素在ZnO(101軈0)表面的吸附行为.计算结果表明:尿素分子在ZnO(101軈0)表面主要发生分子吸附,稳定的吸附产物通过尿素分子中的氮原子或氧原子与表面锌原子之间的键合作用而形成,吸附能分别为-1.48和-1.41eV;表面吸附的尿素分子也可以发生解离,生成表面吸附的异氰酸根、氨气和一个表面羟基,吸附能为-1.66eV.