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.     

周期性密度泛函理论研究NO在CuCl(111)表面上的吸附

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的RPBE方法结合周期平板模型,在DNP基组下,研究了NO以N端和O端两种吸附取向在CuCl(111)表面上的吸附.通过对不同吸附位和不同覆盖度下的吸附能和几何构型参数的计算和比较发现:NO吸附在CuCl(111)表面Cu原子上的top位时为稳定的吸附;覆盖度为0.25 mL时吸附比较稳定;NO的N端吸附比O端吸附更有利,N端吸附时为化学吸附,O端吸附时为物理吸附.布居分析结果表明整个吸附体系发生了从Cu原子向NO分子的电荷转移,且O端吸附时电荷转移更多.N端吸附和O端吸附时,N-O键的伸缩振动频率均红移,同时O端吸附时红移更多.     

CO吸附在Rh(111)表面上的结构和振动频率的理论研究

采用密度泛函-广义梯度近似(DFT-GGA)方法对CO吸附在Rh(111)表面上的结构和振动特征进行了研究, 获得了吸附结构, 吸附能和振动频率. 计算结果表明, 在低覆盖度下最稳定的吸附位置为顶(top)位置, 而在高覆盖度下, 一个CO分子占据top位置, 另外两个分子占据凹陷(hollow)位置. 振动分析表明, C-O伸缩振动频率随着覆盖度的增加而增大. 计算的吸附结构和振动频率都与实验结果吻合较好.     

一氧化碳共吸附法确定叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位

采用扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT)研究了78 K时单个叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位. 我们提出以共吸附的一氧化碳√3 ×√3 超结构为基底铜原子的标识方法, 确定了低覆盖度的叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位为顶位. 而采用单个一氧化碳分子标识基底铜原子的位置, 同样得出了叔丁胺分子的吸附位为顶位. 此外, 还采用DFT计算叔丁胺分子在Cu(111)表面的优势吸附构型. 理论计算结果表明顶位吸附构型为能量最稳定的构型, 与实验结果相吻合.     

周期性密度泛函理论研究NO在Cu2O(111)表面上的吸附

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PBE方法结合周期平板模型，在DND基组下，研究了NO以N端和O端两种吸附取向在Cu₂O(111)非极性表面上的吸附。通过对不同吸附位置的吸附能和几何构型参数的计算和比较发现：表面上配位不饱和的铜离子(CuCUS)为活性吸附位；NO的N端吸附比O端吸附更为有利，N端吸附时吸附能可达到113.5 kJ·mol^-1，而O端情况下只有39.7 kJ·mol^-1；NO倾斜吸附在Cu₂O(111)表面上，O端吸附时倾斜度更大。在两种吸附取向情况下，N-O键的伸缩振动频率都发生了较大的红移，N端吸附情况下红移150 cm^-1，O端时红移330 cm^-1。前线轨道分析表明，Cu与NO间的吸附作用主要是Cu的d轨道和NO的π^*轨道间的相互作用。表面弛豫的计算表明，Cu₂O(111)面的弛豫对O端吸附方式产生较大影响，考虑表面弛豫时O端吸附为很弱的化学吸附(吸附能为39.7 kJ·mol^-1)，而没有考虑弛豫时吸附能为60.5 kJ·mol^-1。     

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.     

CO和H在Pt/WC(0001)表面的吸附

采用密度泛函理论(DFT)和周期平板模型,研究两种WC(0001)表面的几何结构和表面能,并对Pt原子单层(PtML)在两种WC(0001)表面的高对称性吸附位上的吸附能和分离功进行计算.结果发现,终止于W原子的WC(0001)为最稳定的WC(0001)表面,Pt原子单层以hcp位的方式吸附于W终止的WC(0001)表面是PtML/WC(0001)体系最稳定的几何构型.在此基础上研究了CO分子和H原子分别在PtML/WC(0001)表面和具有相似表面结构的Pt(111)表面的吸附行为.在0.25 ML(monolayer)低覆盖度下,与在Pt(111)表面相比,在PtML/WC(0001)表面上的Pt—C间距明显拉长和CO分子吸附能减少,说明PtML/WC(0001)表面抗CO中毒能力比Pt(111)表面高;态密度分析进一步解释了CO分子与不同表面Pt原子的成键机理.在同一覆盖度下,H原子在PtML/WC(0001)表面的最大吸附能等于甚至略高于在Pt(111)表面的,表明Pt/WC对氢气氧化反应具有良好的催化活性,是一种很有前途的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极催化剂.     

H原子在W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 势及由5参数Morse势组装推广的LEPS方法对H-W低指数表面吸附体系进行了研究, 并获得了全部临界点特性. 计算结果表明, 低覆盖度下, H原子优先吸附在W(100)面的内层吸附位二层桥位B', 获得156 meV的垂直振动频率, 随着覆盖度的增加, H原子稳定吸附在表层的五重洞位(二层顶位)、桥位及顶位. 内层吸附位的优先吸附, 对与其邻近的表面吸附位的临界点性质有一定影响. 在W(110)面上只存在三重洞位的稳定吸附态, 垂直振动频率为151 meV. 在W(111)面上存在三种稳定吸附态, 子表面吸附位H₁, 桥位B'和顶位T, 分别获得104, 200, 259 meV的垂直振动频率. 在低覆盖度下, H原子优先吸附在子表面吸附位H₁.     

甲醛在CeO2(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论和周期平板模型, 研究了甲醛在以桥氧为端面的CeO2(111)稳定表面上的吸附行为. 通过对不同覆盖度, 不同吸附位的甲醛吸附构型、吸附能及电子态密度的分析发现, 甲醛在CeO2(111)表面存在化学吸附与物理吸附两种情况. 化学吸附结构中甲醛的碳、氧原子分别与表面的氧、铈原子发生相互作用, 形成CH2O2物种; 吸附能随着覆盖度的增加而减小. 与自由甲醛分子相比, 物理吸附的甲醛构型变化不大, 其吸附能较小. 利用CNEB(climbing nudged elastic band)方法计算了甲醛在CeO2(111)表面的初步解离反应活化能(约1.71 eV), 远高于甲醛脱附能垒, 这与甲醛在清洁CeO2(111)表面程序升温脱附实验中产物主要为甲醛的结果相一致.     

氧原子在Mo低指数表面及(211)高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(5-MP)对O-Mo低指数表面体系及(211)高指数面体系进行了系统的研究，并获得了全部临界点特性，如吸附位、吸附几何、结合能、正则振动频率等，计算结果表明：在Mo(100)面，O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Mo(110)，(111)及(211)面，O原子均趋向于吸附在膺式三重位．     

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).     

Adsorption of H2O,OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

The adsorption of H2O molecule and its dissociation products, O and OH, on CuCl(111) surface was studied with periodic slab model by PW91 approach of GGA within the framework of density functional theory. The results of geometry optimization indicate that the top site is stable energetically for H2O adsorbed over the CuCl(111) surface. The threefold hollow site is found to be the most stable adsorption site for OH and O, and the calculated adsorption energies are 309.5 and 416.5 kJ/mol, respectively. Adsorption of H2O on oxygen-precovered CuCl(111) surface to form surface hydroxyl groups is predicted to be exothermic by 180.1 kJ/mol. The stretching vibrational frequencies, Mulliken population analysis and density of states analysis are employed to interpret the possible mechanism for the computed results.     

氢原子在Be(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论研究单个氢原子和多个氢原子在Be(0001)表面吸附性质.给出了氢吸附Be(0001)薄膜表面的原子结构、吸附能、饱和度、功函数、偶极修正等特性参数.同时也讨论了相关吸附性质与氢原子覆盖度(0.06-1.33ML)的关系.计算结果表明:氢原子的吸附位置与覆盖度之间有强烈的依赖关系,覆盖度低于0.67ML时,氢原子能量上易于占据fcc或hcp的中空位置;覆盖度为0.78ML时,中空位与桥位为氢原子的最佳吸附位;覆盖度在0.89到1.00ML时,桥位是氢原子吸附能量最有利的位置;以上覆盖度中Be(0001)表面最外层铍原子的结构均没有发生明显变化.当覆盖度为1.11-1.33ML,高覆盖度下Be(0001)表面的最外层铍原子部分发生膨胀,近邻氢原子渗入到铍表面次层,氢原子易于占据在hcp和桥位.吸附结构中的氢原子比氢分子中的原子稳定.当覆盖度大1.33ML时,计算结果没有发现相对于氢分子更稳定的吸氢结构.同时从分析偶极修正和氢原子吸附垂直高度随覆盖度的变化关系判断氢覆盖度为1.33ML时,在Be(0001)表面吸附达到饱和.     

Adsorption and Vibration of Cl Atoms on Ni Low-index Surfaces

IntroductionThe study of adsorbed layers of chlorine on metalsingle crystals evokes a great deal of interest, as thissurface species acts as both a promoter and a poison ofcatalytic processes[1]. There are so many studies on theinteractions between Cl ato…     

An equilibrium ab initio atomistic thermodynamics study of chlorine adsorption on the Cu(001) surface

The effect of chlorine (Cl) chemisorption on the energetics and atomic structure of the Cu(001) surface over a wide range of chlorine pressures and temperatures has been studied using equilibrium ab initio atomistic thermodynamics to elucidate the formation of cuprous chloride (CuCl) as part of the Deacon reaction on copper metal. The calculated surface free energies show that the 1/2 monolayer (ML) c(2 × 2)-Cl phase with chlorine atoms adsorbed at the hollow sites is the most stable structure for a wide range of Cl chemical potential, in agreement with experimental observations. It is also found that at very low pressure and exposure, but elevated temperature, the 1/9 ML and 1/4 ML phases become the most stable. By contrast, a high coverage of Cl does not lead to thermodynamically stable geometries. The subsurface adsorption of Cl atoms, however, dramatically increases the stability of the 1 ML and 2 ML adsorption configurations providing a possible pathway for the formation of the bulk-chloride surface phases in the kinetic regime.     

Adsorption, vibration, and diffusion of O atoms on Rh low-index and (711) stepped defective surfaces

The adsorption, vibration, and diffusion of O atoms on Rh(100), Rh(111), Rh(110), and Rh(711) surfaces were studied using the 5-parameter Morse potential (5-MP) of interaction between an adatom and a metal surface cluster. Our theoretical calculations provide information about adsorption sites, adsorption geometry, binding energy, and eigenvibration. Our results agreed very well with experimental results. Four major results follow. First, the theoretical calculation showed that on the Rh(100) surface the 4-fold hollow site is the only adsorption site. Second, on the O-Rh(111) system, the 3-fold hollow site is the stable adsorption site. Third, on the Rh(110) surface at low coverage, the O atom is adsorbed preferably on the pseudo-3-fold site, while with increasing coverage, the O atom is adsorbed not only on the pseudo-3-fold site but also on the long bridge site. Last, as for the Rh(711) stepped surface, the 3-fold site on the (111) step is metastable, whereas the 4-fold sites on the (100) terrace are stable, which enables the O atoms to diffuse easily from the 3-fold to the 4-fold site at low coverage. Therefore, the O atoms are adsorbed preferrably on the stable 4-fold sites of the (100) terrace and then later as coverage increases on the metastable 3-fold site of the (110) step.     

Oxygen Atom Adsorption and Diffusion on Pd Low-index Surfaces and （311） Stepped Surface

Introduction Atom adsorption on transition metal surfaces has attracted special attention as a base for understanding the fundamental processes of oxidative catalysis. Particularly interesting is the adsorption and diffusion of oxygen on well-defined metal surfaces. An oxygen covered palladium surface, for example, plays a central role in several important reactions such as oxidation of carbon monoxide and ammonia. In particular, the (100), (111), (110) surfaces and the interactions with oxyge…     

2-氯噻吩在 Rh(111) 表面吸附的密度泛函理论研究

 采用密度泛函理论探讨了 2-氯噻吩分子在 Rh(111) 表面上吸附行为. 结果表明, 平行的 hol 位及 bridge 位上的吸附最稳定. 吸附后, 2-氯噻吩键长发生明显变化, 分子平面被扭曲, 分子中 C–H(Cl, S) 相对于金属表面倾斜上翘. 垂直吸附模式不如平行吸附模式稳定, 但吸附后噻吩环未发生变形. hol 及 bridge 吸附模式下 2-氯噻吩的芳香性已遭破坏, 噻吩环上的碳原子呈现准 sp3 杂化. 在平行的 hol 位吸附后, 2-氯噻吩环累计得到 0.77 个电子, 而 Rh(111) 表面累计失去 1.19 个电子.