氢原子在Ru(0001)和Ru(1010)面上吸附扩散势能面的结构

本文构造了H-Ru相互作用的五参数Morse势,用经典的对势方法研究了氢原子在Ru(0001)和Ru(1010)面上的吸附和扩散,得到了氢原子在两个表面上的吸附位、吸附几何、结合能及本征振动等数据与实验结果符合得很好;同时研究了两个体系的吸附扩散势能面结构。     

氢原子在Ru(0001)表面的化学吸附

用密度泛函理论研究了氢原子的污染对于Ru(0001)表面结构的影响. 通过PAW(projector-augmented wave)总能计算研究了p(1×1)、p(1×2)、(3^(1/2)×3^(1/2))R30°和p(2×2)等几种氢原子覆盖度下的吸附结构, 以及在上述结构下Ru(0001)面fcc(面心立方)格点和hcp(六方密堆)格点的氢原子吸附. 所得结果表明, 在p(1×1)-H、p(1×2)-H、(3^(1/2)×3^(1/2))R30°-H和p(2×2)-H几种H原子覆盖度下, 以p(1×1)-H结构单个氢原子吸附能为最大. 在p(1×1)-H吸附结构下,由于氢原子吸附导致的Ru(0001) 表面第一层Ru 原子收缩的理论计算数值分别为-1.11%(hcp 吸附)和-1.55%(fcc 吸附), 因此实际上最有可能的情况是两种吸附方式都有一定的几率. 而实验中观察到的“清洁”Ru(0001)表面实际上是有少量氢原子污染的表面. 不同覆盖度和氢分压下氢原子吸附的污染对Ru(0001)表面结构有极大的影响,其表面的各种特性都会随覆盖度的不同而产生相应的变化.     

氢原子在Ni(100), Ni(111)和Ni(110)面上吸附扩散势能面的结构

本文构造了氢-镍相互作用的5参数Morse势, 用经典的对势方法研究氢原子在Ni(100), Ni(111)和Ni(110)面上的吸附和扩散, 得到氢原子在三个表面上的吸附位、吸附几何、结合能及本征振动等数据, 和实验结果符合得很好。同时, 系统地研究了三个体系的吸附扩散势能面结构。     

氢原子在Pd(997)台阶面上的吸附和扩散

用对势方法研究了氢原子在Pd（997）台阶面上的吸附和扩散．计算结果表明，氢原子在台阶下形成最稳定的吸附态，并分析了其新的振动模式．理论分析表明，台阶对下台面上扩散的氢原子形成捕获势，对上台面扩散的氢原子形成反射势，很好地支持了实验结果．     

氢原子在Ni(111)次表面和Ni(211)、(533)台阶面上的吸附与振动

应用原子与表面簇合物相互作用的五参数Morse势(5-MP)方法对氢原子在Ni(111)表面和次表面以及Ni(211), (533)台阶面进行了系统研究, 得到了氢原子在上述各面的吸附位、吸附几何、结合能和本征振动频率. 计算结果表明, 在Ni(111)面上, 氢原子优先吸附在三重位, 随着覆盖度的增加会吸附在次表面八面体位和四面体位. Ni(211), (533)的最优先吸附位都是四重位, 当氢原子的覆盖度增大时占据(111)平台的三重吸附位. 靠近台阶面的吸附位受台阶和平台高度的影响很大. 此外, 我们计算了氢原子在各表面的不同吸附位的扩散势垒, 获得氢原子在各表面的最低能量扩散通道.     

氢原子在镍台阶面上吸附、振动和表面扩散行为的理论研究

本文用对势方法研究了氢原子在Ni(510)台阶面上的吸附和振动, 计算结果与实验符合得很好。并考察了氢原子在Ni(997)台阶面上的吸附和扩散, 结果表明,台阶对下台面上扩散的氢原子开成捕获势阱, 对上台面扩散的氢原子形成反射势,这也很好地支持了实验结果。     

H原子在Ru(1121)台阶面上的吸附位和吸附态

利用原子和表面簇合物相互作用的五参数Morse势方法(简称5-MP)研究了H-Ru(1121)台阶面吸附体系,并利用推广的LEPS方法研究了2H-Ru(1121)体系,探讨了表面吸附态之间的相互作用.研究结果表明,H原子在开放的Ru(1121)台阶面表面上的晶胞存在4种不等价的表面三重吸附态.还存在两类与表面有直接扩散通道的内层吸附态.理论分析表明,TDS实验出现的α态是与内层吸附态有强相互作用的强排斥表面吸附态,β态为弱排斥表面吸附态,而γ态为与内层吸附态无相互作用的表面吸附态.实验上将α态归属为四重吸附态的推测没有获得理论结果的支持.     

原子氧在Ru低指数面及(1120), (1121)台阶面上的吸附

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)系统地研究了O-Ru低指数面及Ru(1120), (1121)台阶面体系, 获得了吸附几何、结合能、振动频率等临界点特性, 所得相关数据与实验结果非常吻合. 并且通过理论计算及原子吸附态振动指纹的遗传、遗变特性预言了氧原子在Ru(1121)台阶面的吸附. 本文认为氧原子在HCP晶格的金属表面上的吸附倾向于三重位.     

H原子在Ru(111)台阶面上的吸附位和吸附态

利用原子和表面簇合物相互作用的五参数 Morse势方法 (简称 5 -MP)研究了 H-Ru( 1 1 2 1 )台阶面吸附体系 ,并利用推广的 LEPS方法研究了 2 H-Ru( 1 1 2 1 )体系 ,探讨了表面吸附态之间的相互作用 .研究结果表明 ,H原子在开放的 Ru( 1 1 2 1 )台阶面表面上的晶胞存在 4种不等价的表面三重吸附态 .还存在两类与表面有直接扩散通道的内层吸附态 .理论分析表明 ,TDS实验出现的 α态是与内层吸附态有强相互作用的强排斥表面吸附态 ,β态为弱排斥表面吸附态 ,而 γ态为与内层吸附态无相互作用的表面吸附态 .实验上将 α态归属为四重吸附态的推测没有获得理论结果的支持 .     

原子H在Cu(100)(111)(110)上的吸附扩散研究

采用5-MP势方法,对原子氢在金属Cu的3个低指数面上的吸附特性,如吸附几何、吸附能、振动频率等以及吸附扩散势能面结构进行了比较系统的研究,计算结果显示低温低覆盖条件下,氢原子在Cu(110)表面上只存在赝式三重位和长桥位吸附态,没有短桥位吸附态,并且获得了实验和理论的支持.     

原子氧在Ru低指数面及(110),(111)台阶面上的吸附

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)系统地研究了O-Ru低指数面及Ru(1120),(1121)台阶面体系,获得了吸附几何、结合能、振动频率等临界点特性,所得相关数据与实验结果非常吻合.并且通过理论计算及原子吸附态振动指纹的遗传、遗变特性预言了氧原子在Ru(1121)台阶面的吸附.本文认为氧原子在HCP晶格的金属表面上的吸附倾向于三重位.     

玻碳电极上Ru(bpy)23+的吸附及其电致化学发光的研究

通过电化学循环伏安法和电致化学发光方法,研究了Ru(bpy)23+在玻碳电极上的吸附,研究结果表明,Ru(bpy)23+的浓度和与玻碳材料接触的时间,直接影响了Ru(bpy)23+在玻碳上的吸附.还考察了吸附的Ru(bpy)23+在玻碳电极上被氧化后脱附的情况.     

氢原子在钯低指数表面上的吸附和扩散

采用氢－钯相互作用的五参数Ｍｏｒｓｅ势，用对势方法研究了氢原子在Ｐｄ（１００）、Ｐｄ（１１１）和Ｐｄ（１１０）低指数平坦表面上的吸附和扩散，得到氢原子在三个表面上的吸附位、吸附几何、结合能和本征振动等数据，计算结果和实验结果符合得很好。在此基础上，系统地研究了三个系统的吸附扩散势能面结构。     

氢原子在平坦金属锂(100)面上表面扩散行为的ab initio研究

本文用Li7(4,3)-H和Li9(5,4)-H小原子簇模拟氢原子在平坦金属锂(100)面吸附体系, 取小基组作了各吸附位吸附势能曲线及相应分子轨道能级图、吸附和表面扩散势能面的ab initio研究。结果表明, 氢原子优先吸附在配位数较高的吸附位上, 并倾向于由高配位数吸附位向低配位数吸附位迁移, 表面扩散各向异性, 扩散跳跃步长与锂单晶晶格原子间距数量级相同。从吸附和表面扩散势能确定了最低能量表面扩散途径, 分析了原子在平坦金属表面上迁移的微观过程。     

氢在Mg_2Ni(100)面的吸附及扩散

运用第一性原理研究氢在清洁和掺杂Al的Mg2Ni(100)面的吸附及扩散.在清洁Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定地吸附于Mg-Ni桥位和Mg-Mg桥位,吸附能为1.19-1.52eV.在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定吸附于Al-Ni、Mg-Ni、Mg-Al桥位,吸附能为0.10-0.29eV.氢在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面的吸附能低于其在清洁表面的吸附能,说明掺杂Al后氢原子与表面的相互作用减弱.过渡态计算结果表明,氢原子由清洁的Mg2Ni(100)面及掺杂Al的Mg2Ni(100)面扩散至次表层的势垒分别为0.59及-0.04eV,掺杂Al后氢原子的扩散势垒降低,说明氢原子更易由掺杂Al表面扩散至次表层.Al原子替代Mg2Ni(100)面的Mg原子减弱氢原子与表面的相互作用,降低氢原子由表层扩散至次表层的势垒,这可能是Mg2Ni合金掺杂Al可改善其吸氢动力学性能的主要原因之一.     

CO诱导的FeO(111)/Ru(0001)负载Au原子吸附位和电荷的改变

采用密度泛函理论研究了CO气氛对FeO(111)/Ru(0001)负载Au原子吸附位、电荷及其稳定性的影响. 首先考察了FeO(111)单层薄膜在Ru(0001)表面上的界面结构. 研究发现,表面莫尔超晶胞内的HCP区域有最小的Fe-O层间距(rumpling),且Fe和O原子均与衬底Ru形成化学键. Au原子在FeO/Ru(0001)上最稳定的吸附在HCP区域的Fe-bridge位. 其中,Au原子诱导两个Fe原子从O原子层的下面翻转到其上面,形成两个Au-Fe键,且Au带负电. 当把体系暴露在CO气氛下后,CO能诱导Au原子从原来最稳定的Fe-bridge位转移到其邻近的O-top位,伴随着Au的电荷从负变到正,形成非常稳定的Au⁺-CO羰基物. 结果表明,反应气氛对负载金属催化剂的化学状态及其稳定性的影响很大; 同时也强调了反应条件下催化剂原位表征的重要性.     

甲醇在Ru(0001)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,以原子簇Ru15为模拟表面,对甲醇在理想的Ru(0001)面三种吸附位置(top,fcc,hcp)的吸附模型进行了几何构型优化,能量计算,Mu lliken布局分析以及振动频率计算,结果表明顶位为最有利的吸附位.这些变化与实验观察到的甲醇在过渡金属表面解离的结果相一致.同时通过对吸附过程的分析推测其可能的解离途径.     

Ni(115)台阶面对氢表面微观动力学行为的影响

用５参数Ｍｏｒｓｅ势模拟氢－镍表面体系相互作用势，考察了氢原子在Ｎｉ（１１５）台面上吸附扩散行为。同时构造了氢分子与Ｎｉ（１００）和Ｎｉ（１１５）台阶面 相互作用推广的ＬＥＰＳ势面面，考察了氢分子解离化学吸附的微观动力学性质。     

有序介孔材料SBA-15吸附Ru(bpy)2+3修饰电极的电化学发光研究

制备了具有高比表面积且二维六方高度有序的介孔分子筛SBA-15,并采用TEM和氮气吸附实验对其结构性质进行了表征.利用静电作用将三联吡啶钌[Ru(bpy)2 3]固定到表面带负电荷的SBA-15上,并将吸附有Ru(bpy)2 3的SBA-15修饰到玻碳电极表面,研究了该固定化的Ru(bpy)2 3的电化学发光行为.结果表明,随着三丙胺(TPA)的加入,氧化电流增加而还原电流减小,表明TPA对三价吡啶钌有催化作用,同时TPA的加入显著增强了发光强度.随着扫描速率的增加,发光强度逐渐降低.SBA-15较大的孔径和开放交联的孔结构体系促进了电极表面膜内的物质扩散和电子运动扩散.该修饰电极在5.0×10-5～1.0×10-2 mol/L TPA浓度范围内,发光强度与浓度具有良好的线性关系,线性方程为y=71.7 41.2x,检出限为9.5×10-6mol/L.该电极在连续扫描下具有较好的稳定性.     

Ru修饰前后Pd(111)面的性质及对糠醛吸附的比较研究

采用密度泛函理论研究了Pd(111)面和Ru-Pd(111)面的性质及对糠醛的吸附.原子尺寸因素、相对键长、形成能及d带中心等计算结果表明,Ru-Pd(111)面比Pd(111)面稳定且活性强,Ru的修饰优化了Pd(111)面的几何构型.糠醛在Pd(111)面及Ru-Pd(111)面的初始吸附位分别为P(top-bridge)位及P(Pd-fcc-Ru-fcc)位时,吸附能最大,吸附构型最稳定.由电荷布局和差分电荷密度可得,糠醛在Ru-Pd(111)面上电荷转移数更多,相互作用更强烈,因此吸附能更大.分析态密度可知,产生吸附的主要原因是位于-7.34 eV处至费米能级处的p,d轨道杂化.吸附于Ru-Pd(111)面后糠醛分子的p轨道向低能级偏移程度更明显,使Ru改性后的Pd催化剂具有更好的催化活性.