A DFT Study on the Adsorption of CO_2 Molecules on CaO(001) Surface at Different Coverages

The CO_2 adsorption on CaO(001) surface at different coverages from 1/9 monolayer(ML) to 1 ML has been investigated using density functional theory calculations. With the analysis of the most stable adsorption structures at different coverages, the mechanism of CaO(001)surface carbonating into CaCO_3 has been explored. At low coverages(≤1/3 ML), CO_2 molecule prefers sitting in parallel pattern on the CaO(001) surface, while the structure of the CaO(001)surface remains unchanged. At medium coverage(4/9 ～ 2/3 ML), the repulsive interactions between oxygen atoms of CO_2 become stronger, and the calcium carbonation structure appears on the CaO(001) surface. At high coverage( ≥ 7/9 ML), the structure of the CaO(001) surface is deeply damaged, and a few CO_2 molecules have penetrated into the surface and bound to the O atom of the second layer(sub-surface), eventually forming the layered structure of CaCO_3.Additionally, herein has discussed the simulation of HREELS and thermodynamical stability of these structures at different coverages.     

Prediction of the Frontier Electronic States in a Finite Single-wall Carbon Nanotube

A theoretical model is summarized into the shorter vector principle. It is used to predict the topological structure of wave function and the oscillation rule of energy gap in various types of finite carbon nanotubes (CNTs). The theoretical model indicates that the characteristics of the electronic states only depend on the nanotube size and its symmetry along the shorter vector direction. In this direction, the wave functions of the original 3m (or 3m/2) periodicity are also suitable for armchair, chiral and zigzag finite CNTs with the C2 (Cs), C1 and Cn point groups, respectively. Energy gaps present the oscillation with 3m (or 3m/2) or odd-even n. The first principle calculations for some prototype systems are performed. The results are consistent with the theoretical model.     

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.     

AgGa(S1-xSex)2固溶体的电子结构和光学性质

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论方法, 对一系列具有黄铜矿结构的AgGa(S_1-xSe_x)₂固溶体的构型、电子结构、线性和二阶非线性光学性质进行了系统研究. 结果表明, 各固溶体具有类似的能带结构, 体系带隙随x值增加而逐渐减小. 当所引入的Hartree-Fock交换项贡献为22.56%时, 对应的杂化PBE泛函得到的带隙值与实验结果相近. 固溶体的各种光学性质, 包括折射率、双折射率、反射率、吸收系数和二阶倍频系数等均随着组成的改变呈现出有规律的变化趋势, 变化范围介于AgGaS₂和AgGaSe₂二者之间. 因此, 利用固溶体光学性质的变化规律, 可从中寻找出具有特定光学性能的晶体材料.     

甲醛在FeS2(100)完整与S-缺陷表面吸附的理论研究

运用密度泛函理论广义梯度近似的PBE方法结合周期平板模型,研究了HCHO分子在FeS2(100)完整与S-缺陷表面的吸附.结果表明,在两种表面上,HCHO均通过O原子与两个表面作用:稳定吸附于完整表面Fe-top位(Fe五配位);而在S-缺陷表面则存在两种稳定吸附模式,即HCHO分别与表面的一个和两个四配位Fe成键.对...     

单层石墨相氮化碳负载Pt4团簇吸附O2的第一性理论研究

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt₄团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt₄团簇上的吸附行为。计算结果表明, Pt₄团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt₄团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt₄团簇吸附g-C₃N₄的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C₃N₄和金属吸附的g-C₃N₄上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt₄吸附3-s-三嗪环g-C₃N₄比Pt₄吸附三嗪环g-C₃N₄表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。     

CH3O和CO在Pd(111)表面偶联反应机理的理论研究

采用DMol³程序包中的GGA-PW91方法, 结合周期平板模型, 对CH₃O和CO在Pd(111)表面的反应进行了系统研究. 计算结果表明, 吸附在Pd(111)表面顶位上的CO分子中C原子所带正电荷最多, 容易与亲核试剂反应, 化学吸附能稍低, 有利于在表面上移动发生亲电插入反应; CH₃O 在Pd(111)表面fcc穴位吸附稳定, O原子上所带的负电荷较多, 易被亲电试剂进攻. 过渡态搜索表明, Pd(111)表面顶位上的CO与fcc穴位上CH₃O反应生成CH₃OOC的为放热反应, 反应能垒较低, 有利于偶联反应的进行.     

钙钛矿型复合稀土铁氧化物电子结构的第一性原理研究

采用基于赝势平面波基组的第一性原理方法对一系列具有钙钛矿结构的复合稀土铁氧化物RFeO₃ (R＝镧系稀土元素)的构型和电子结构进行了系统研究. 考察了铁磁(FM)和反铁磁(AFM)两种磁结构, 其中AFM型在常温下更为稳定, 且其构型优化结果更接近于实验测量值. 不论是FM还是AFM构型, R原子的磁距均与自由R^3＋离子相同; 对于Fe原子, 在FM结构中的磁距较AFM类型来得小; 随着R原子序数的增加, 两种磁结构中Fe原子的磁距均呈减小趋势; 对于相同类型的RFeO₃化合物, 具有非常类似的能带结构, 其中AFM构型在费米能级处存在明显的带隙, 而FM型化合物则具有金属特性.     

MgO缺陷和不规则表面吸附Cl2的电子结构研究

采用从头算程序对MgO表面 3种不同配位位置吸附Cl2 的构型进行优化 ,并用扩展休克尔紧束缚 (EHT)晶体轨道方法对MgO的缺陷和不规则表面吸附Cl2的可能构型进行能带计算 ,讨论了吸附前后能带组成和成键性质的变化。研究表明 :MgO表面吸附Cl2 将更趋向于吸附在O原子上而非Mg原子上 ,而且在 3种配位中MgO表面三配位氧最有利于吸附Cl2 ;吸附时 ,电子从O原子转移到Cl2 分子的反键轨道 ,但是各种吸附构型的MgO表面对Cl2 的吸附作用均比较微弱 ,是典型的物理吸附。     

Theory Study of the Adsorption of Hydrocyanic Acid onto Small Silver Clusters

Density functional theory calculations have been performed to study the interaction of small silver clusters, Ag2 ~Ag9, with HCN. The adsorption of HCN on-top site of the silver cluster, among various possible sites, is energetically preferred. The adsorption energies of HCN on the silver clusters reach a local maximum at n = 4, which is only about 0.450 eV, indicating that the adsorbed HCN molecule is weakly perturbed. The adsorbed C–N and C–H stretching frequencies are blue- and red-shifted compared with the values of free HCN, respectively.