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.     

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.     

W（100）c（2×2）表面的STM图像

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了W000）c（2×2）再构表面的表面弛豫以及扫描隧道显微镜（STM）图像和衬底偏压的关系．计算所得到的表面原子沿[110]方向的畸变位移δ为0．027nm,畸变能△E为80．6meV·atom^-1,表面原子的弛豫分别为-7．6％（△d12/d0）和＋0．8％（△d23/d0）,功函数西为4．55eV．STM图像模拟表明,由于表面原子沿[110]方向的位移,会导致出现平行于[110]方向的亮暗带状条纹．STM图像中突起所对应的并不是表面或次表面的钨原子,而是zig-zag型W原子链中线位置;而STM暗区对应于原子位置畸变形成的相邻zig-zag型W原子链中间区域．当衬底负偏压时,STM针尖典型起伏高度大约在0．008-0．013nm之间;而当衬底正偏压时,针尖起伏高度在0．019—0．024nm之间变化．     

Pt原子在γ-Al2O3(001)表面的吸附及迁移

采用密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)方法, 对Pt原子与γ-Al₂O₃(001)面的相互作用及迁移性能进行了研究. 分析了各种可能吸附位及吸附构型的松弛和变形现象, 吸附能和迁移能垒的计算结果表明: Pt团簇能够稳定吸附在该表面. Pt原子在表面O位的吸附能明显较高, 这主要是由Pt向基底O原子转移了电子所致. 电荷布居分析表明, Pt原子显电正性, Pt和Al原子之间存在排斥作用, 导致与Al原子产生较弱相互作用. 计算的平均吸附能大小依赖于Pt团簇的大小和形状, 总体趋势是随着Pt原子数增多, 吸附能降低. Pt原子在γ-Al₂O₃(001)表面迁移过程所需克服的迁移能垒最高值为0.51 eV. 随着吸附的Pt原子数增多,更倾向于形成Pt团簇. 因此, Pt原子在γ-Al₂O₃(001)表面的吸附演变不可能形成光滑、均匀平铺的吸附构型, 而在一定条件下容易出现团聚.     

Pt原子在y-Al203(001)表面的吸附及迁移

采用密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)方法,对Pt原子与y-Al2O3(001)面的相互作用及迁移性能进行了研究.分析了各种可能吸附位及吸附构型的松弛和变形现象,吸附能和迁移能垒的计算结果表明:Pt团簇能够稳定吸附在该表面.Pt原子在表面O位的吸附能明显较高,这主要是由Pt向基底O原子转移了电子所致.电荷布居分析表明,Pt原子显电正性,Pt和Al原子之间存在排斥作用,导致与Al原子产生较弱相互作用.计算的平均吸附能大小依赖于Pt团簇的大小和形状,总体趋势是随着Pt原子数增多,吸附能降低.Pt原子在y-Al2O3(001)表面迁移过程所需克服的迁移能垒最高值为0.51 eV.随着吸附的Pt原子数增多,更倾向于形成Pt团簇.因此,Pt原子在y-Al2O,(001)表面的吸附演变不可能形成光滑、均匀平铺的吸附构型,而在一定条件下容易出现团聚.     

金属Pt表面水蒸汽分子吸附的量子力学计算

基于电子与振动近似方法和密度泛函B3LYP理论, 氧和氢原子选择6-311G**基函数, Pt选择赝势基组LanL2DZ, 优化得到Pt-OH₂结构和微观性质, 稳态结构Pt-H₂O分子中, Pt与H₂O不在同一平面, Pt倾向于与O原子结合. 计算了100～898.15 K温度下, 水蒸汽分子在Pt表面吸附反应的热力学函数值和平衡压力, 拟合得到ΔS⁰,ΔH⁰, ΔG⁰, ln p与温度的函数关系. 室温以上ΔG⁰＞0 kJ•mol^－1, 水蒸汽分子在Pt表面不能稳定吸附; 200 K以下, ΔG⁰＜0 kJ•mol^－1, 能够稳定吸附. 计算了不同温度下水蒸汽分子在Pt表面发生解离反应的ΔG⁰和平衡压力, 室温以上ΔG⁰＞0 kJ•mol^－1. 100～898.15 K温度下, 水蒸汽分子在Pt表面不容易发生解离, 实际反应过程中以完整分子形式参与反应.     

M6^0，±（M=Os，Ir，Pt）团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函（B3LYP）方法,在LANL2DZ基组水平上对M6^0,±（M=Os,Ir,Pt）团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出各团簇的最稳定构型,并对其能量、振动频率、热力学性质、核独立化学位移（NICS）和极化率进行了理论研究．结果表明,M6^0,±（M=Os,Ir）团簇的基态都是三棱柱结构,％团簇的基态是平面三角形结构;M6^0,±（M=Os,Ir,Pt）团簇生成焓都为负值,热力学上是稳定的;NICS值都为负值,表明M6^0,±（M=Os,Ir,Pt）团簇都具有芳香性,其中Os6^-团簇的芳香性最强;从光谱分析来看,Os6的IR和Raman谱的较强吸收峰的个数最多,Ir6的IR和Raman谱的最强吸收峰都只有一个,IR最强吸收峰在137．0和143．5cm^-1之间,Raman谱最强的吸收峰位于169．5cm^-1处;Pt6的IR和Raman谱的最强吸收峰分别位于50．2和194．7cm^-1处．     

乙烷在Pt/γ-Al2O3（001）模型催化剂上吸附行为的理论研究

本文采用密度泛函理论方法和周期性边界条件,考察了Pt原子与γ-Al2O3(001)表面上六种不同位点的相互作用,获得了最稳定吸附位的Pt/γ-Al2O3模型催化剂,建立了Pt原子负载在γ-Al2O3(001)表面的模型催化剂。同时,考查了乙烷分子在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上的吸附行为。结果表明,在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上,Pt原子转移了部分电子到载体γ-Al2O3。乙烷以分子态形式吸附在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上,靠近Pt原子的C-H键受到一定程度地活化。     

CO2在α-U(001)表面的吸附和解离

采用广义梯度密度泛函理论研究了0.25ML覆盖度下CO₂在α-U（001）表面上的吸附和解离,得到了CO₂的稳定吸附构型和吸附能,确定了CO₂的解离过渡态和解离能垒,探讨了CO₂与表面U原子的相互作用本质.结果表明CO₂趋向以C（O）-U多键结合方式在α-U（001）面发生强化学吸附,吸附能为1.24-1.67 eV;C-O键的活化程度依赖于表面电子向CO₂发生转移的程度.CO₂与表面U原子的相互作用主要来自于U原子电子向CO₂最低空轨道（LUMO）2π_u转移,以及CO₂π_u/1π_g/3σ_u-U 6d轨道间杂化而生成新的化学键.以形成3个C-U键和6个O-U键模式在穴位1和穴位2上发生吸附的CO₂（H1-C₃O₆和H2-C₃O₆）的解离吸附能分别为3.15和3.13 eV,解离能垒分别为0.26和0.36 eV,预示着吸附CO₂分于易于解离形成CO分子和O原子.     

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.     

Ni(110)-p2mg(2×1)-CO表面的几何结构和电子态

利用密度泛函理论(DFT)总能计算研究了Ni(110)-p2mg(2×1)-CO表面的原子结构和电子态. 计算结果表明: CO分子吸附于该表面的短桥位附近, 分子吸附能为1.753 eV, CO分子的键长dC—O为0.117 nm, 分子与表面竖直方向的夹角为20.0°, 碳原子和短桥位中点的连线与竖直方向的夹角为20.9°; 吸附的CO分子内原子间的伸缩振动频率为1876和1803 cm-1. 态密度研究结果表明吸附作用主要来自CO分子π、σ轨道与衬底d轨道间的杂化作用. CO分子σ轨道和衬底表面镍原子dxz轨道杂化形成的表面电子态主要位于费米能以下-10.4 至-8.8 eV和-7.4至-5.1 eV 范围内. σ和dxz轨道间的杂化作用可能是形成p2mg表面对称性的重要因素之一.     

Se和SeO2在O2/CaO (001)表面吸附反应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理和平板模型构造了最稳定的O₂/CaO（001）表面,通过优化Se和SeO₂在此表面可能的初始吸附结构得到最佳吸附构型,分析了Se原子在O₂/CaO（001）表面向SeO₂的转化。结果表明,Se原子在O₂/CaO（001）表面的稳定吸附构型主要有两种,即O-Se-O和O-O-Se基团,其中,O-O-Se基团的Se终端具有一定化学活性;Se在O₂/CaO（001）表面向SeO₂转化所需反应能垒小于均相条件下生成SeO₂所需反应能垒,表明CaO不仅作为吸附剂,也能促进Se向SeO₂的转化;SeO₂分子在O₂/CaO（001）表面发生化学吸附时,吸附基底的部分价电子转移至SeO₂分子轨道中。     

O2在具有氧和镁缺陷MgO(001)表面的吸附

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在具有氧缺陷和镁缺陷MgO(001)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倾向吸附在具有氧缺陷的MgO(001)表面上.通过和我们近期研究过的O2在低配位的边、角上吸附结果相比较，发现具有氧缺陷的MgO(001)表面更加有利于O2的吸附和解离. Mülliken电荷分析表明，电荷由底物向吸附的O2反键轨道上转移是导致O2键强削弱的主要原因.势能曲线表明，O2在具有氧缺陷的MgO(001)表面上发生解离所需要克服的能垒比在角阳离子端发生解离所需克服的能垒有大幅度降低.     

Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

A novel model was developed to theoretically evaluate the O2 adsorption on H-terminated Si(001)-(2*2*1) surface. The periodic boundary condition, the ultrasoft pseudopotentials technique based on density functional theory (DFT) with generalized gradient approximation (GGA) functional were applied in our ab initio calculations. By analyzing bonding energy on site, the favourable adsorption site was determined. The calculations also predicted that the adsorption products should be Si=O and H2O. This theoretical study supported the reaction mechanism provided by Kovalev et al. The results were also a base for further investigation of some more complex systems such as the oxidation on porous silicon surface.     

Sm（Val）C13·6H20低温热容及热化学性质

采用精密绝热量热计测定了稀土氨基酸配合物[Sm（Val）C13·6H2O]在80-376K温区的热容,从实验热容值计算出了热力学函数（HT-H298.15和ST-S298.15）。在308K附近,配合物的热容出现一个大的跳跃,可能是其玻璃化转变所致。对该配合物进行热重测试,得到了其可能的分解机理。     

La（Oxin）3·3H2O纳米晶的一步固相化学合成及表征

在近室温条件和超声波作用下,通过固相化学反应一步合成了La（Oxin）3·3H2O（8-羟基喹啉镧）纳米晶。用X射线衍射及电子衍射法分析了固相产物的物相,用透射电子显微镜观测粒子的大小、形貌、粒径及粒径分布。结果表明,产物为颗粒大小均匀、平均粒径约为40nm的纳米晶,产率为95．9％。改变反应物、反应物配比、掺人惰性物质、加入微量溶剂或表面活性剂、研磨不同时间等固相反应条件对合成纳米晶的晶粒形貌、粒度和粒径分布有一定影响。合成的纳米晶材料具有操作方便、合成工艺简单、产率高、选择性好、粒径均匀、且粒度可控、污染少,同时又可以避免或减少液相中易出现的硬团聚现象等突出优点。     

放射性碘分子在Cu2O表面的吸附:第一性原理密度泛函研究

采用第一性原理密度泛函计算方法和周期性平板模型系统研究了放射性碘分子在Cu₂O三个低指数表面的吸附行为。通过计算若干平衡吸附构型的结构参数和吸附能评估了不同特征吸附位的作用。构型优化计算表明所选晶面存在适度的结构弛豫。计算结果表明,与Cu₂O（110）表面相比,Cu₂O（100）和（111）晶面表现出更高的碘分子吸附反应活性。其中,表面氧原子位（O_S）和配位未饱和铜原子位（Cu_CUS）分别为Cu₂O（100）和（111）晶面的能量最优吸附位点。此外,针对几种典型吸附结构计算分析了其电子结构信息,以进一步阐明吸附体系之间的相互作用机理。     

Cux (x=1-4)团簇在CeO2(111)表面的吸附

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cu团簇(Cu_x, x=1-4)在CeO₂(111)表面的吸附. 研究发现当团簇比较小时(x=2, 3), 倾向于平铺表面; 当x=4时, Cu团簇在CeO₂(111)表面以三维的四面体结构吸附较为稳定, 从Cu 3d到Ce 4f的电荷转移使Cu团簇带正电荷. 由二维的菱形结构到三维的四面体结构的转变势垒为1.05 eV, 并且其中一个Cu原子直接迁移到另外三个Cu原子的空位顶部的转变路径比较有利. 在Cu团簇与CeO₂的相互作用过程中, Cu-O和Cu-Cu相互作用的竞争最终决定了Cu团簇在CeO₂上的形貌. 这种CeO₂(111)负载的带正电的三维Cu团簇将对水分解, 进而对水煤气反应具有高的催化活性.