H2O在Al(111)表面吸附的量子化学研究

用量子化学从头算方法,以原子簇Al10模拟表面,研究了水在Al(111)表面上不同吸附位的吸附情况,计算得到了稳定的吸附构型和结合能·结果表明：顶位是其最佳吸附位,而且水在表面能以两种取向被吸附,距表面较远时,H端靠近表面,然后跨过一能垒到达最佳吸附位,此时氧端靠近表面·在吸附过程中,水向表面转移电荷,导致表面功函降低·在氧原子不加极化函数时,水分子的二次轴垂直于表面时能量最低;当考虑水中氧的d轨道的影响时,水分子倾斜吸附时能量较低,得到与实验相符的吸附构型。另外还研究了表面电荷对吸附体系的影响,结果表明：表面电荷能使水分子定向,带正电荷时,氧端朝向表面,水分子与表面间平衡距离缩短,吸附作用较强;带负电荷时,水分子氢端朝向表面,吸附的平衡距离较长,吸附能较小。     

H2O在Cu(100)表面吸附的从头算研究

用量子化学从头计算方法,以原子簇Cu₅为模拟表面,研究了水在Cu(100)面上不同吸附位的吸附情况,结果表明:水分子通过氧原子与表面成键,顶位是其最佳吸附位,吸附能约为70kJ/mol,平衡距离为0.213nm,氢原子远离表面.在氧原子不加极化函数时,水分子的二次轴垂直于表面时能量最低,但倾斜至50°所需能量仅在10kJ/mol以内.当考虑O原子d轨道的影响时,水分子倾斜时能量较低,得到了与实验相符的吸附构型.另外还研究了表面电荷对吸附体系的影响,结果表明:表面带正电荷时,水与表面间的相互作用增强,水上所转移电荷增多,Cu-O间平衡距离减小;表面带负电荷时,情况与之相反,且氢原子靠近表面时,势能曲线有最低点.     

甲氧基在Rh(111)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Rh13(9,4)为模拟表面,在6-31G(d,p)与Lanl2dz基组水平上,对甲氧基在Rh(111)表面的四种吸附位置(fcc、hcp、top、bridge)的吸附模型进行了几何优化、能量计算、Mulliken电荷布局分析以及前线轨道的计算。结果表明,当甲氧基通过氧与金属表面相互作用时,在bridge位的吸附能最大,吸附体系最稳定,在top位转移的电子数最多;吸附于Rh(111)面的过程中C—O键被活化,C—O键的振动频率发生红移。     

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.     

巴豆醛在Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理研究

采用密度泛函理论计算了巴豆醛4种构型的稳定性,并选取最优构型进一步研究了其Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理.计算结果表明,具有E-(s)-trans构型的巴豆醛稳定性最高.当巴豆醛通过C O吸附于Au(111)面的顶位时,该构型吸附能最大,吸附模型最稳定;巴豆醛向Au(111)表面转移电子0.045e,且其p轨道与金属表面的d轨道发生较强相互作用,使得巴豆醛的键级减弱.此外,通过分析各基元反应的活化能、反应热以及构型变化可知,巴豆醛在Au(111)面上按照2,1-加成机理(部分加氢机理)生成巴豆醇的可能性最大,且降低温度有利于反应转化率的提高.     

水在石墨(0001)面簇模型桥位上吸附的量子化学研究

用从头计算方法对水在石墨(0001)面桥位上的吸附进行了研究.用C₆H₈原子簇模拟石墨表面,在6-31G^*水平上计算了水在不同方向和位置上的吸附能量.研究表明:水在石墨面上的吸附很弱,属于物理吸附;在中性或带负电荷的石墨表面,当水分子中的氢原子靠近石墨面时,体系存在能量最小值,而在带正电荷的表面,当氧原子靠近石墨面时存在稳定的吸附点;不论表面带正电荷还是带负电荷,均对水分子的吸附起增强作用.     

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.     

水分子在MoO3原子簇模型表面吸附的密度泛函研究

利用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在LANL2DZ基组上,计算了水分子吸附前后MoO3原子簇模型物的优化几何构型和电子结构,并进行了二级Mφller-Plesset微扰(MP2)相关能计算.结果表明,当水分子吸附于模型分子后,由于占据了MO5+空位,从原来留有空位的MoO5H4模型转变为MoO5H4·H2O模型的正八面体构型,水分子的氧通过占据在π键轨道中的电子向中心原子Mo的d轨道配位而被吸附,且水分子在模型物质表面呈吸附状态后,体系最稳定,能量最小,吸附过程不必翻越能垒,该过程放热91.39kJ/mol(MP2相关能校正),研究结果对催化剂的使用、失活和再生有较好的指导意义.     

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.     

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.     

Ni(100)表面吸附SO_2的密度泛函研究

以原子簇Ni14为模拟表面,采用DFT/B3LYP方法研究了二氧化硫(SO2)分子在Ni(100)表面的吸附构型、能量、电荷及态密度。结果表明,SO2分子通过S原子平铺吸附在Ni(100)的桥位最有利,计算结果与实验相符。电荷密度及态密度分析表明,Ni原子的d轨道与SO2分子的空p轨道之间存在明显的s-p作用和电荷转移,这一作用可能导致SO2分子发生解离。     

H2O和OH在UO(100)表面吸附的密度泛函研究

运用密度泛函理论中的广义梯度近似(GCA)的PW91方法结合周期性平板模型,研究了H2O分子和OH在UO(100)表面上的吸附.通过对不同吸附位的吸附能和几何结构参数的计算和比较发现:水分子在UO(100)表面的吸附为化学吸附,水分子平面与UO(100)表面夹角为15°的吸附构型最稳定,吸附能最大,近89 kJ·mol-1.对H2O吸附前后的态密度分析可知,H2O通过其O原子的P轨道与底物U原子的d轨道作用.本文还进一步探讨H2O在UO(100)表面的解离机理.     

NH_3在Ni(111)面吸附的理论研究

氨在金属表面上能够被氧化成工业用量很大的硝酸,这是制硝酸最经济的方法,所以NH_3在各种金属面上的吸附一直受到实验和理论化学家的重视。早期的研究主要集中于NH_3在金属面上的吸附,分解与合成;最近则主要讨论NH_3在金属单晶上的吸附性质。Bauschlicher,Jr研究NH_3吸附在Cu(100)和Al(111)面时,认为NH_3主要吸附在顶位,即NH_3中N原子正对着Cu面上的一个原子,计算的吸附能约为0.93eV(实验值为0.66eV)。由此推出NH_3在Ni,Fe等大部分金属面上的吸附是顶位。但是Baetzold却认为NH_3在金属面上是孔位吸附,即NH_3中N正对着表面上三个邻接原子间的空位。本文旨在探讨NH_3在Ni(111)面上的吸附位置,几何构型和轨道间相互作用本质。我们的结果完全支持NH_3主要在顶位吸附的结论。     

NO双分子在Cu2O(111)面吸附与解离的理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期平板模型方法, 在DNP基组下, 研究了NO双分子在三重态和单重态两种电子组态下在Cu2O(111)完整表面的吸附情况. 考虑了Cu+(NO)(NO)、Cu+(NO)(ON)及Cu+(ON)(ON)这三种构型, 计算了它们的吸附能和Mulliken电荷, 分析并预测了吸附后可能产生的物种. 结果表明, 当两个NO分子都以O端吸附在Cu2O(111)表面时即Cu+(ON)(ON)构型, N—N键长很短, 只有124.4 pm, 吸附的两个NO分子形成了二聚体形式, 这种吸附构型有利于进一步离解产生N2或N2O并形成Cu-O表面物种.     

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。     

NO分子在金表面吸附的理论研究

气体分子在过渡族金属表面吸附是异相催化过程中的一个重要步骤.研究其在金属表面的吸附特性是了解其催化性能的基础,多年来一直是表面科学领域的研究热点.理论研究在解释吸附机理、实验现象以及证实实验结论的可靠性方面发挥着越来越重要的作用.本文使用密度泛函理论(DFT)研究了NO分子在中性及带正、负电荷的Au(111),Au(100),Au(310)和Au/Au(111)表面的吸附行为.研究结果表明,NO倾斜地吸附在金表面.在这种吸附构型中,Au原子的dz2轨道和NO分子的2π*轨道对称性匹配,并达到最大重叠.中性及带正、负电荷的Au(111),Au(100),Au(310)和Au/Au(111)表面不同吸附位对NO的反应活性不同,NO易吸附于各个金表面的顶位.计算结果显示,NO分子在Au(111)面几乎不吸附,而在Au/Au(111)的吸附能高达0.89eV.对表面金原子d态电子分波态密度分析表明,金表面对NO分子的吸附活性随着金原子配位数的减少而增强,这是由于低配位数的金原子的d态电子更靠近费米能级.当金表面增加或减少一个电子时,金表面对NO的吸附能有明显变化.正电荷的金表面对NO吸附的活性比中性的表面活性高,而带...     

CO和H2分子在Cu(111)面的吸附和溶剂化效应

采用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论(DFT)的PW91方法结合周期性模型, 在DNP基组下, 利用Dmol3模块研究了CO和H2在真空和液体石蜡环境下在Cu(111)表面上不同位置的吸附. 计算结果表明, 溶剂化效应对H2和CO的吸附结构参数和吸附能的影响非常显著. 在液体石蜡环境下, H2平行吸附在Cu(111)表面是解离吸附, 而CO 和H2在两种环境下的垂直吸附都是非解离吸附. 相比真空环境吸附, 在液体石蜡环境中, Cu(111)吸附CO时, 溶剂化效应能够提高CO吸附的稳定性, 同时有利于CO的活化. 在真空中, H2只能以垂直方式或接近垂直方式吸附在Cu(111)表面. 当Cu(111)顶位垂直吸附H2, 相比真空环境吸附, 溶剂化效应能够提高H2吸附的稳定性, 但对H2的活化没有明显影响. Cu(111)表面的桥位或三重穴位(hcp和fcc)垂直吸附H2时, 溶剂化效应能明显提高H2的活化程度, 但降低H2的吸附稳定性; 在液体石蜡中, 当H2平行Cu(111)表面吸附时, 溶剂化效应使H—H键断裂, 一个H原子吸附在fcc位, 另一个吸附在hcp位.     

水在NanZSM-5型分子筛中吸附的研究: 分子模拟

利用分子动力学(MD)模拟退火的方法和巨正则系综Monte Carlo模拟方法(GCMC)研究了水在NanZSM-5型分子筛中的吸附行为, 计算结果与文献中报道的实验结果吻合较好. 在此基础上, 进一步预测了水在不同硅铝比的NanZSM-5型分子筛中的吸附性质, 计算结果显示: 分子筛骨架上的硅铝比会显著影响水分子的吸附量和吸附等温线, 随着硅铝比的降低, 水的吸附量增加; 水分子的吸附位置是在钠离子和铝原子的周围, 平均每个钠离子周围吸附4个水分子, 而当水的吸附量增大时, 水分子与分子筛骨架上的氧原子之间发生了氢键作用; 在吸附量相同的条件下, 水的吸附热随着硅铝比的降低而升高.     

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.     

乙腈、苯基氰在Cu(111)与Pd(100)表面上的吸附与反应

用高分辨电子能量损失谱(HREELS~*)对CH_3CN(乙腈)及C_6H_5CN(苯基氰)在清洁与氧覆盖的Cu(111)及Pd(100)表面上的吸附及其反应进行了研究。从198 K时CH_3CN吸附在Cu(111)及Pd(100)表面上的高分辨电子能量损失谱(HREELS)中观察到v(C≡N)几乎消失, 并在195 meV处出现一个较弱的v(C=N)谱带, 表明CH_3CN在吸附过程中C≡N再杂化为C=N,C,N原子分别与金属表面原子键合并C=N平行于表面。从198 K时C_6H_5CN在Pd(100)及Cu(111)上的HREELS表明C_6H_5CN的环平面与CN平行于金属表面。在185K时C_6H_5CN在氧覆盖的Pd(100)表面上的HREELS与其在清洁表面上的相似。并未观察到覆盖氧增强了C_6H_5CN在Pd(100)上的吸附及其它效应。C_6H_5CN吸附在氧覆盖的Cu(111)表面上产生了C_6H_5CNO的特征谱带。