甲醇在γ-Al2O3,CeO2及其负载Pd催化剂上吸附和分解的原位红外光谱研究

利用原位傅里叶变换红外光谱 (FTIR)技术对甲醇在γ Al2 O3,CeO2 以及Pd/Al2 O3,Pd/CeO2 催化剂上的吸附和分解行为进行了研究。综合考虑了载体和活性组分的作用 ,分析了甲醇在不同载体负载Pd催化剂上可能的分解途径。在Pd/CeO2 催化剂上 ,活性组分和载体对甲醇分解的过程表现出了一种协同效应。     

甲醛分子在羟基化TiO2-B(100)面吸附的第一性原理研究

利用第一性原理研究TiO₂-B表面上甲醛分子（HCHO）与氧桥位羟基（BH）、钛顶位羟基（TH）共吸附时羟基基团对HCHO分子吸附的影响.结果表明：这两种羟基的存在对HCHO在清洁和羟化表面形成多种化学吸附构型产生不同影响.与HCHO分子共吸附时，氧桥位羟基弱化HCHO的吸附；而钛顶位羟基强化HCHO的吸附，且在不同面积超胞上均能显著强化其吸附.利用电子结构分析不同吸附的内在机制，为理解HCHO分子与TiO₂基材料表面的相互作用提供新的视角.     

H2O分子在Fe（100）, Fe（110）, Fe（111）表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H₂O分子在Fe（100）,Fe（110）,Fe（111）三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H₂O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H₂O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H₂O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H₂O分子与Fe（111）晶面的相互作用最强,其次是Fe（100）,相互作用最弱的是Fe（110）表面,而这与晶面原子 关键词： 第一性原理 Fe单晶表面 2O分子')" href="#">H₂O分子 分子吸附     

酸碱环境对TiO2吸附替硝唑的影响

基于密度泛函理论,研究了酸碱性条件下替硝唑在TiO2(101)和(001)晶面上的吸附特性.优化了替硝唑在TiO2(101)和(001)晶面的吸附结构,计算了最佳吸附位点,吸附能以及态密度.结果表明,当咪唑环上N(3)原子吸附在TiO2的Ti(5)原子上时,吸附能最大,为最稳定的吸附构型.通过对吸附构型的分析,我们发现C(2)-N(3)成键性质被削弱,且光催化反应中各构型价带与导带间电子跃迁均在可见光范围内.     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层(ML),0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带(nudged elastic band)方法计算了H2O的解离势垒.结果表明:在低吸附率(0.25ML和0.5ML)时,H2O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附(吸附率为1ML)时,分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.     

甲醇在Pt (100)表面吸附与解离的第一性原理研究.

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期模型方法对甲醇在Pt(100)完整表面的吸附与解离进行了研究. 通过比较不同吸附位置的吸附能与构型参数发现,表面top吸附位为最稳定吸附位,甲醇分子通过氧原子吸附于Pt(100)表面. 同时计算了甲醇分子在top吸附位可能的解离路径,发现在解离过程中OH键首先断裂的路径为最低能量路径. 分解生成的若干产物其吸附稳定性排序为CH₃O>CH₂OH>CH₃>CH₂O.     

第一性原理研究五氯硝基苯在TiO_2表面吸附

采用基于密度泛函理论的Materials Studio(MS)程序包中的CASTEP程序优化了TiO_2(101)晶面、五氯硝基苯(PCNB)结构和TiO_2(101)对五氯硝基苯的16种吸附结构.计算了最佳吸附位点,吸附能,以及稳定吸附模型的电子结构.研究结果表明:五氯硝基苯中硝基的对位上Cl原子被垂直吸附在TiO_2(101)表面的O原子时吸附能最大,吸附结构最稳定,是TiO_2吸附PCNB的最佳吸附方式,吸附后五氯硝基苯的C-Cl键长变短,其它C—Cl键和C—N键增长,吸附过程为化学吸附.     

TiO2纳米层(110)表面对DNA强吸附的第一性原理研究

纳米二氧化钛(TiO₂)由于具有卓越的生物相容性和优异的物理性能,因此有望在生物医学领域中发挥重要的作用,且应用前景广阔.利用第一性原理计算,深入地研究了金红石型TiO₂纳米层(110)表面与脱氧核糖核酸(DNA)不同碱基在界面之间的吸附性能及相互作用的原子机制.通过分析结合能和功函数的计算结果发现,TiO₂纳米层(110)表面对DNA碱基的吸附强度显著增强,比典型二维纳米材料的吸附强度大两倍以上.进而,通过研究电子能带结构和态密度计算结果,阐明了二者在界面之间的吸附机制,其起源于吸附体系显著降低的能级和C、N和/或O的2p轨道与费米能级附近Ti原子的3d轨道的强烈杂化.纳米TiO₂为DNA传感器和测序仪的设计提供了一种极具潜力的候选材料.     

H2S在氧化石墨烯表面的吸附和分解的理论研究

用周期性密度泛函方法对H₂S在氧化石墨烯(GO)上的吸附和分解进行了理论计算, 讨论了H₂S和GO上的羟基和环氧基团的反应过程．结果表明,反应过程是通过H₂S或-SH上的H转移使得GO的环氧基开环和羟基氢化,当GO相反面存在羟基时有助于环氧基团的开环和羟基氢化反应．H₂S在GO上吸附和分解到S原子的反应机理中引入了相应的中间态,计算两次脱氢过程能垒分别为3.2和10.4 kcal/mol,第二个H原子的转移是GO还原过程的速率决定步骤．结果还表明GO上的羟基和环氧基团有助于加强S原子和石墨烯的结合．     

(TiO2)n(n=3-6)团簇吸附水分子的理论研究

给出了优化小分子在团簇表面吸附结构的遗传算法.结合经验势函数,搜寻了水分子在(TiO2)n(n=3-6)团簇上可能的吸附方式;利用B3LYP/6-31G**方法对各种吸附结构进行了优化.结果表明水分子主要通过O原子以非解离方式吸附到团簇中配位数较低或位置比较凸出的Ti原子上.分子轨道分析表明,水分子与团簇之间的成键主要来自吸附位Ti原子3s3p轨道的贡献,水分子的轨道保持了气相水分子中的基本特征,但离域化程度增大.NBO分析表明,Ti原子通过3sp向水中氧原子转移电荷,而水分子又通过轨道离域把电荷反馈到由Ti的3d4s等轨道形成的反键轨道.虽然吸附后水中O,H原子的净电量增加,但O-H键减弱.吸附后水分子的振动频率发生红移.     

H2S、HCN、PH3在FeO（100）表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论研究了H2S、HCN、PH3 在FeO(100)表面的吸附行为,其吸附位点主要考虑四个：Fe-top(铁顶位)、O-top(氧顶位)、Hollow(空位)、Bridge(桥位)。结果表明H2S吸附在O-top吸附位点的吸附能最小,为-1.02ev,即在该位点的吸附体系最稳定。当HCN吸附在FeO(100)表面时,各吸附位点的稳定顺序为Hollow>Fe-top>Bridge>O-top。PH3 的最稳定的吸附位点与H2S的一致,为O-top吸附位点,其吸附能为-1.11ev。当H2S吸附在O-top吸附位点时,H2S与FeO（100）表面的电荷转移量最多,说明该吸附构型最稳定,而HCN吸附在FeO(100)表面,在Hollow吸附位点的电荷转移量最多,也即该吸附位点属于最稳定吸附位点。PH3与FeO（100）表面之间的电荷转移量最多的吸附位点与H2S的相同。当H2S和PH3吸附在O-top吸附位点时,吸附后的态密度曲线整体向低能级移动,峰值降低,其吸附结构变得更加稳定。而HCN吸附在Hollow位点时,吸附后的HCN态密度曲线向能量更低的区域移动,吸附体系变得更稳定。     

氧在理想的和重构的Si（100）面吸附研究

本文分别用ＡＳＥＤ－ＭＯ和ＤＶ－Ｘａ方法对氧在理想的Ｓｉ（１００）面以及用ＤＶ－Ｘａ方法对氧在重构的Ｓｉ（１００）面吸附进行了研究，对不同吸附位的计算结果表明，当氧在硅表面暴露量较少时，其吸附为氧原子和氧分子共存。     

TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了TiO₂分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、吸附能量和吸附位置. 计算结果表明不同初始位置的TiO₂分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga-O化学键表现出共价键特征,化学结合能达到7.932-7.943eV,O-O连线与GaN[1120]方向平行,与实验观测(100)[001] TiO₂//(0001)[1120]GaN一致. 通过动力学过程计算分析,TiO₂分子吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,稳定吸附结构和优化结果一致. 关键词： GaN(0001)表面 2分子')" href="#">TiO₂分子 密度泛函理论 吸附     

2-噻吩甲酸在Fe3O4@Ag基底上的吸附及表面增强拉曼光谱

采用共沉淀法合成Fe₃O₄纳米颗粒,再以柠檬酸三钠还原AgNO₃获得了具有SERS活性的Fe₃O₄@Ag磁性纳米复合材料。基于密度泛函理论(DFT)的量子化学计算方法和表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从理论计算和实验测定表征探讨了2-噻吩甲酸(2-TCA)在Fe₃O₄@Ag表面的吸附行为和增强效应。结果表明:理论计算得到的拉曼光谱与实际测得的常规拉曼光谱基本一致,而在DFT理论计算中所键连的Ag原子数越多,与实测值就越接近。溶液的浓度和pH对拉曼增强效果有很大的影响,当溶液的pH=3且浓度为1×10^-4 mol·L^-1时有最大拉曼增强效应。峰强随2-TCA浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,浓度过大会导致大量2-TCA分子吸附聚集在Ag表面形成局部"拥堵",阻碍了激发光尤其是光谱信号的散射通过,从而减弱了拉曼增强效应。pH的变化使溶液中2-TCA分子形态发生改变,结构形态不同,其在Ag表面的吸附方式也不同。中性C₄H₃SCOOH分子以环上S:形式垂直吸附键合在Ag表面,形成S—Ag配位键而产生SERS光谱。-1价C₄H₃SCOO^-离子以S—Ag配位和O—Ag共价"双键合"侧卧方式共同吸附在Ag表面而产生SERS光谱。在Ag表面,以单独S—Ag配位键吸附或键合的能力比S—Ag配位和O—Ag共价共同吸附方式要弱,但其产生的SERS信号更强,故2-TCA中性分子比2-TCA^-离子更有利于SERS的产生。随着pH值的增加,溶液中的2-TCA由中性分子逐渐转化为-1价的C₄H₃SCOO^-离子,因而在pH>3以后,拉曼增强效应逐步减弱。     

超临界CO2在金属铀表面吸附的理论研究

依据实验数据,假定CO2在金属铀表面吸附氧化初期形成的吸附中间体为UCO2.根据密度泛函理论(DFT)的Becke3lyp方法计算得UCO2(C2v构型)分子的5A1态能量最低,这与用原子分子反应静力学与群论确定UCO2的基电子状态为5A1的结果一致.计算表明,CO2在金属铀表面的吸附是放热反应,其吸附量随着温度的升高而不断减少,其吸附热在1 atm下为51.68 kJ.mol-1,该值大于40 kJ.mol-1,故CO2在金属铀表面的吸附是化学吸附.     

温度对GaN(0001)表面生长吸附SrO、BaO和TiO_2影响的理论研究

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了300、400、500、600和700℃下SrO、BaO和TiO_2分子在GaN(0001)表面吸附的动力学过程,研究了温度对原子运动轨迹、吸附能、界面电荷分布、稳定吸附方位和扩散系数的影响.温度不同,O-Ga成键时间不同,SrO分子中的O原子与GaN基底成键的Ga原子不同; TiO_2分子中O原子与GaN表面Ga原子成键的顺序也不同.温度对SrO、BaO和TiO_2分子在GaN(0001)表面的最终吸附形态和吸附方位有显著的影响.温度对不同吸附体系吸附能的影响也不相同;小分子在GaN(0001)基片表面优先吸附的顺序依次为TiO_2、SrO和BaO分子.数据分析显示SrO和BaO分子的最优生长温度是600℃,TiO_2分子的最优生长温度是500℃.     

TiO2/SiO2的表面化学修饰及其DRS和Raman光谱分析

以氯化醇钛盐表面反应法制备系列TiO2/SiO2,根据XRD,Raman和DRS表征分析,载体表面具有分子级分散的锐钛矿型TiO2微晶粒子和非晶TiOx物种.与本体TiO2相比,TiO2/SiO2的吸收带边显著蓝移,能隙增大为3.96 eV.当金属M(M:Pd,Cu和Ni)负载于TiO2/SiO2表面,可使其光吸收域扩展到可见光区,并引起吸收带边红移.相对Pd的负载,Cu,Ni的负载对TiO2/SiO2的LMCT带影响更大,其中Cu-TiO2/SiO2的能隙减小为3.68 eV.当金属氧化物MoO3负载于TiO2/SiO2上时,可以调变TiO2/SiO2的吸收带边并增强对可见光的吸收;随MoO3载量的增加,表面物种的相互作用增强,形成Mo-O-Ti复合结构,增强了LMCT带的吸收强度,并使能隙减小为3.81 eV.     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。