簇模型选取的配位数原则——CO/ZnO吸附体系的ab initio研究

提出并以ZnO为例初步考察了用于金属氧化物的簇模型选取的配位数原则,即尽可能选取边界悬空键总数最少的簇模型,使簇模型"边界效应"尽可能低.在此基础上研究了CO在一系列按配位数原则选取的(ZnO)n表面簇模型上的吸附行为.结果表明,配位数原则有效地缩小了簇模型的选取范围;依配位数原则确立的ZnO表面簇模型,能够对CO/ZnO吸附体系给出合理的定性解释.计算还表明,考虑相关效应有助于进一步改善计算结果.     

金属氧化物SPC簇模型方法——嵌入簇点电量的确定

探讨和比较了确定金属氧化物晶体点电荷量的几种自洽条件的优劣 ,并使用abinitioHF方法对在不同点电荷量嵌入环境下MgO簇电子性质进行了研究 .计算结果表明 :点电荷量的大小会明显影响嵌入簇的电子性质 ;即使MgO被通常认为是纯的离子型氧化物 ,点电荷量取为表观化合价± 2 ,仍过高地估计了Madelung势 ,嵌入簇与点电荷之间应满足一定的自洽条件 ;使用点电荷为嵌入环境时 ,即使达到电荷自洽、偶极矩自洽或势自洽 ,簇模型计算结果仍与固体性质存在一定的偏差 ;将点电荷进行球谐展开 ,赋予其连续变化的电荷密度分布后 ,得到了一个对固体整体性质描述较好的SPC簇模型 .     

CnAl (n=2-11)团簇的结构特征与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311++G**水平上对CnAl(n=2-11)团簇的几何构型和电子结构进行了结构优化和振动频率计算. 结果表明, n=2的CnAl团簇基态结构为Al原子与两个C原子相连形成的环状结构, n=3-11均为Al原子端基配位的线状结构. 通过对基态结构的能量分析, 得到了n为偶数的CnAl团簇比n为奇数团族稳定的结论.     

O2在MgO(001)完整和缺陷表面上的吸附

在密度泛函理论的框架下， 采用嵌入点电荷簇模型研究了O2在MgO(001)完整和缺陷表面上的吸附.用电荷自洽的方法确定了点电荷的值.计算结果表明， O2倾向吸附在低配位的角Mg2＋端.并且发现， 当O2为平躺吸附时，键长有较大的拉伸，将有利于O2的解离.同时，分别计算了使用裸簇和嵌入表观±2.0 e点电荷簇模型时的吸附能，并与采用电荷自洽方法的计算值进行了比较.结果表明，电荷自洽方法更能有效反映簇周围的环境，得到的计算结果能够较好地与实验值吻合.最后，分别计算了不同吸附情况下O2的振动频率.     

二核铪氧簇Hf_2O_n~(–/0)(n=1～6)的电子性质与结构演化的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)与耦合簇[CCSD(T)]相结合的计算方法对一系列二核铪氧簇合物Hf_2O_n~(–/0)(n=1~6)的电子结构进行了系统研究.通过密度泛函理论(DFT)计算对体系的势能面进行广泛的搜索,寻找能量最低的结构.采用广义Koopmans定理计算垂直电子逸出能(VDEs)并模拟阴离子光电子谱(PES).通过理论研究阐明了二核铪氧簇Hf_2O_n~(–/0)(n=1~6)结构演化规律,并利用分子轨道分析对二核铪氧簇Hf2On–(n=1~4)的化学成键和顺序氧化进行解释.自旋密度分析显示:除Hf_2O_5中性簇之外,其它富氧簇都存在多种类型的氧自由基:氧自由基、双自由基或超氧自由基.此外,研究发现Hf2O3中性簇中的定域Hf2+位容易与分子氧O2反应形成Hf_2O_5中性簇;Hf_2O_4~(–/0)簇合物与分子O_2作用形成Hf_2O_6~(–/0)簇合物,Hf_2O_4~(–/0)簇合物可以作为潜在的分子模型研究氧分子在铪氧化物上的活化.     

银硫二元团簇[Ag.(Ag~2S)~n]^+(n=3,4)的从头算研究

用abinitio分子轨道限制性Hartree-Fock(RHF)和密度泛函(DFT)方法对银硫二元团簇[Ag.(AgS)~n]^+(n=3,4)的结构进行研究.结果表明,具有环状结构的团簇最为稳定.得到了相应的几何构型和电子结构,并且对这两种团簇可为硫敏化中心自由电子深陷阱的存在形式作出合理解释。     

Sn_nSm(n=1～9)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用Saunders全局优化随机踢球模型与密度泛函理论相结合的方法,在B3LYP/SDD理论水平下研究了锡基原子团簇Sn_n(n=2~10)及锡基稀土原子钐掺杂团簇Sn_nSm(n=1~9)的几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明,团簇Sn_nSm(n=1~9)中掺杂的钐原子通常位于主团簇的表面,掺杂团簇的基态结构更倾向于具有较高对称性的三维结构;二元锡基混合团簇的平均结合能变大,稳定性增强,这主要归因于Sn—Sm键比Sn—Sn键的键能大,具有更强的相互作用;掺杂团簇具有较高的磁性,其总磁矩主要源自于钐原子4f电子的贡献;随着团簇尺寸的增加,二元团簇的总磁矩呈现出趋于饱和的现象.     

二元合金团簇CoGe-n(n=1~12)的结构和稳定性

用密度泛函(DFT)方法与反射式飞行时间质谱及光电子能谱的实验结果相结合, 研究了二元合金团簇负离子CoGe-n(n=1~12)的结合能、几何结构与电子结构. 理论计算得到的电子亲和势(EA)光电子能谱测量的结果符合得较好. 通过分态密度(PDOS)分析了s, p和d轨道电子的相互作用规律. 讨论了团簇的稳定性, 认为CoGe-10具有幻数团簇的性质.     

InAs管状团簇及单壁InAs纳米管的结构、稳定性和电子性质

采用密度泛函理论研究了InnAsn (n≤90)管状团簇以及单壁InAs纳米管的几何结构、稳定性和电子性质. 小团簇InnAsn (n=1-3)基态结构和电子性质的计算结果与已有报道相一致. 当n≥4时优化得到了一族稳定的管状团簇, 其结构基元(In原子与As原子交替排列的四元环和六元环结构)满足共同的衍化通式. 团簇的平均结合能表明横截面为八个原子的管状团簇稳定性最好. 管状团簇前线轨道随尺寸的变化规律有效地解释了一维稳定管状团簇的生长原因, 同时也说明了实验上之所以能合成InAs纳米管的微观机理. 此外, 研究结果表明通过管状团簇的有效组装可得到宽带隙的InAs半导体单壁纳米管.     

密度泛函理论研究(IrO2)n(n = 1-5)纳米团簇的稳定性及其电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法全参数优化了(IrO_2)n(n=1~5)纳米团簇的几何构型,并对能量、频率、电子性质以及相对稳定性进行了研究。结构优化表明,当n=1,2时,团簇为平面结构,n2时为三维结构。计算结果表明,桥位O原子与Ir原子之间有更多的电荷发生转移;通过计算解离能可知(IrO_2)n(n=2~5)纳米团簇中Ir4O8为稳定分子;经计算垂直电离能和垂直电子亲和势可知n=2,4为团簇的幻数。     

过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究

采用浸渍法制备了过渡金属掺杂的光催化剂MOx/TiO2(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu).以乙酸的光催化氧化降解反应为探针,研究了催化剂的光催化性能.研究结果表明,经过渡金属掺杂改性的二氧化钛,光催化性能都有所提高.掺杂量有一个最佳值,在最佳掺杂量时,催化剂光催化性能的提高程度与对应金属氧化物的生成焓有很好的一致性,还发现光催化性能与过渡金属离子稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值间呈现火山型关系曲线.     

V2O5/TiO2催化剂表面结构FT-IR发射光谱研究(II)

用傅里哀变换红外发射光谱原位考察了V_2O_5/TiO_2催化剂在制备焙烧过程中担载偏钒酸铵的热分解步骤及其形成的表面活性相结构。偏钒酸铵在200 ℃左右分解, 在300 ℃之前完全转化为晶相V_2O_5。担载于TiO_2上的偏钒酸铵在100 ℃左右与TiO_2已产生强的化学作用, 在200 ℃之前已完全分解。对于10%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂其担载偏钒酸分解后在1020 cm~(-1)附近出现晶相V_2O_5的特征峰。但在500 ℃进一步焙烧后晶相V_5O_5的峰减弱并在1025—900 cm~(-1)区出现宽峰, 表明部分晶相V_2O_5可能转化为二维高分散的VO_x物种。2%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂在焙烧过程中也显示晶相V_2O_5的弱峰, 但同时也观察到属于VO_x物种的宽峰。进一步降低钒担载量, V_2O_5晶相特征峰逐渐消失, 而在1025—900 cm~(-1)区出现二维VO_x物种的宽峰。结果还表明傅里哀变换红外发射光谱是表征氧化物催化剂表面相结构的一种有力的方法。     

金属离子掺杂的TiO2薄膜的制备及其光催化降解甲苯的性能

 采用溶胶-凝胶法制备了负载于铝板上掺杂金属离子的TiO2薄膜光催化剂,并通过空气中甲苯光催化降解实验评价了其光催化活性. 结果表明,Pt和Fe的掺杂对TiO2薄膜的光催化活性起促进作用,甲苯降解率分别提高了17%和6%; Ag的掺杂引起催化剂失活; Mn的掺杂未对TiO2薄膜的光催化活性起明显促进作用. XRD结果表明,掺杂金属离子前后TiO2均为锐钛矿相; TEM观察到薄膜催化剂微观结构为球形颗粒,粒径分布均匀,平均粒径为19 nm; 紫外漫反射光谱表明,Pt-TiO2薄膜催化剂的反射率几乎为0,表明其对光的吸收能力很强,因而Pt掺杂的TiO2薄膜光催化降解甲苯的活性最高.     

Laser control of desorption through selective surface excitation

We review recent developments in controlling photoinduced desorption processes of alkali halides. We focus primarily on hyperthermal desorption of halogen atoms and show that the yield, electronic state, and velocity distributions of desorbed atoms can be selected using tunable laser excitation. We demonstrate that the observed control is due to preferential excitation of surface excitons. This approach takes advantage of energetic differences between surface and bulk exciton states and probes the surface exciton directly. We demonstrate that desorption of these materials leads to controlled modification of their surface geometric and electronic structures. We then extend the exciton mechanism of desorption, developed for alkali halides, to metal oxide surfaces, in particular magnesium oxide. In addition, these results demonstrate that laser desorption can serve as a solid-state source of halogen and oxygen atoms, in well-defined electronic and velocity states, for studying chemical processes in the gas phase and at surfaces.     

不同导电基底对TiO2薄膜光致亲水性的影响

分别在导电铝合金片(Al)和具有阳极氧化铝层的非导电铝片(AAO/Al), 以及铟锡氧化物导电玻璃(ITO/glass)和普通非导电玻璃(glass)表面通过提拉法制备出TiO2/Al和TiO2/AAO/Al, 以及TiO2/ITO/glass和TiO2/glass两组TiO2薄膜样品, 通过测试紫外光照下水滴接触角的变化考察TiO2薄膜的光致亲水性. 结果表明, 相对于TiO2/Al2O3/Al, 基底导电的TiO2/Al表现出较好的光致亲水性能; 而相对于TiO2/glass, 基底导电的TiO2/ITO/glass表现出较差的光致亲水性能. 分析认为, Al和ITO两导电基底和TiO2薄膜间的不同电子转移方向影响TiO2薄膜的光致亲水性能, Al片提供电子给TiO2有助于提高以光生电子为主要初级活性物种的光致亲水性, 而ITO接受TiO2的光生电子, 导致光致亲水性的下降.     

Negative Charging of Transition‐Metal Phosphides via Strong Electronic Coupling for Destabilization of Alkaline Water

Heterogeneous electrocatalysis typically involves charge transfer between surface active sites and adsorbed species. Therefore, modulating the surface charge state of an electrocatalyst can be used to enhance performance. A series of negatively charged transition‐metal (Fe, Co, Ni, Cu,and NiCo) phosphides were fabricated by designing strong electronic coupling with hydr(oxy)oxides formed in situ. Physicochemical characterizations, together with DFT computations, demonstrate that strong electronic coupling renders transition‐metal phosphides negatively charged. This facilitates destabilization of alkaline water adsorption and dissociation to result in significantly improved H₂ evolution. Negatively charged Ni₂P/nickel hydr(oxy)oxide for example exhibits a significantly low overpotential of 138 mV at 100 mA cm^?2, superior to that without strong electronic coupling and also commercial Pt/C.     

双金属核壳结构负载型Au@Ag/TiO2催化剂的制备及表征

利用溶胶法制备了Au核Ag壳(Au@Ag)结构复合纳米粒子,用粉末-溶胶法和水热合成法使其负载于TiO₂纳米粒子上,利用紫外-可见吸收光谱﹑X射线粉末衍射﹑透射电子显微镜对复合结构材料进行了结构表征,并对其光催化消除臭氧的性能进行了研究。结果表明,制备方法、Au/Ag化学计量比及金属负载量等对光催化消除臭氧的活性均有很大影响。采用粉末-溶胶法制备的1%-Au@Ag/TiO₂(n_Au/n_Ag=1∶3)催化剂,由于TiO₂表面沉积的Au@Ag金属颗粒尺寸小且分散度高,而且1%的金属担载量有利于光生电子空穴的有效分离,光催化消除臭氧的活性最高。     

Defect-mediated reactivity of Pt/TiO2 catalysts: the different role of titanium and oxygen vacancies

Defects are ubiquitous in oxide supports and can often tune the catalytic property of supported metal catalysts. This work describes the distinct role of titanium and oxygen vacancies of TiO_2 supports in the catalytic performance of supported Pt catalysts for CO oxidation. Pt was loaded on the TiO_2 supports with oxygen vacancies(VO-TiO_2) and titanium vacancies(VTiTiO_2). It was found that different defects of TiO_2 could distinctively modify the electron property of Pt and thereby CO adsorption strength. The strength of CO adsorption on Pt/VTi-TiO_2 is enhanced, while that of Pt/VO-TiO_2 becomes weaker.Additionally, the presence of defects would also promote the reducibility of catalysts. On the account of the superior redox ability, both Pt/VTi-TiO_2 and Pt/VO-TiO_2 exhibit a higher activity than Pt supported on normal TiO_2 for CO oxidation.     

Pd-CuO/TiO2的还原和再氧化行为的研究

用TPR和TPO方法考察了载体TiO_2和金属Pd对CuO还原和再氧化行为的影响。发现TiO_2可显著降低CuO的还原和再氧化温度,担载Pd后,TiO_2上CuO甚至在十分温和条件下就能与H_2很快反应。文中就TiO_2和Pd的作用机理进行了讨论。     

用ISS研究负载型催化剂中活性组分与载体间的相互作用

Low energy (1.5 KeV) ISS is a surface sensitive technique for identification of element on the top layer of material. The energy losses of primary particle during the collision in low energy ISS technique are assumed to be completely kinetic, i.e. the electronic interaction energy transfer is generally small and will be neglected. In this paper, however, the electronic effect is measurable for certain supported oxide or halide catalysts by improved experimental technique. The shift of scatter- ing He~+ peak due to electronic effect is remarkable and different for Mo in MoO_3/TiO_2, MoO_3/γ-Al_2O_3, MoO_3/SiO_2 and Cu in CuO/γ-Al-2O_3, CuCl/γ-Al_2O_3. The corresponding “mass increment” was calculated by the binary collision approach. We find out that the “mass increment” may characterize the interaction between active component and carrier in supported catalysts. Thus, low energy ISS is not only a good tool for surface elemental analysis but also an effective probe for chemical information of surface species.