O2在α-U(001)面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期性平板模型,计算了O2在α-U(001)表面吸附的几何和电子结构,并对H2、O2的吸附特性进行了对比分析。结果表明:O2分子在α-U(001)面上呈强解离化学吸附,吸附能为9.54～10.22eV,O-O距离较大的D+D-II构型最为稳定;吸附后表层U原子向上迁移,同时伴随着褶皱的产生;解离O原子与表面U原子的相互作用主要是离子键合,伴随着较弱的源于U5f/6d-O2p轨道杂化的共价键合;O原子的扩散能垒小于0.3eV,易于在U表面扩散迁移;O2分子在U表面的吸附强度较H2分子要大得多,对U表面结构的影响也更加显著。     

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.     

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.     

CO和CH3O在Cu2O(111)表面吸附特性及共吸附的理论研究

基于密度泛函理论, 采用广义梯度近似方法结合周期平板模型, 对Cu₂O(111)非极性表面上CO和CH₃O的吸附和共吸附进行了系统的研究. 计算了CO以4种吸附模式和CH₃O以O端在Cu₂O(111)表面上的吸附, 通过对不同吸附位置的吸附能、几何构型参数和Mulliken电荷的计算和比较发现, Cu₂O(111)表面上配位未饱和铜离子(Cu_CUS)为CO的活性吸附位; 配位饱和铜离子(Cu_CSA)为CH₃O的活性吸附位. CO和CH₃O吸附于Cu₂O(111)表面后, 表面弛豫现象明显改善. CO和CH₃O与Cu₂O(111)表面能够形成共吸附体系, CO和CH₃O之间的相互作用力达到75.89 kJ/mol, 为典型的化学作用, 有助于促进CO和CH₃O反应形成表面物种CH₃OCO, 计算结果与实验事实一致.     

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。     

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.     

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.     

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.     

CO在α-U(001)表面的吸附

采用密度泛函理论中的广义梯度近似,计算了CO在α-U(001)表面的吸附、解离和扩散.结果表明:CO分子以CU3OU2构型化学吸附在α-U(001)表面,吸附能为1.78-1.99eV;吸附后表层U原子向上迁移,伴随着褶皱的产生;CO分子与表面U原子的相互作用主要是U原子的电子向CO分子最低空轨道2π*转移,以及CO2π*/5σ/1π-U6d轨道间杂化而生成新的化学键;CO解离吸附较分子吸附在能量上更为有利,h1(C)+h2(O)和h1(C)+h1(O)(h:空位)解离态吸附能分别为2.71和3.08eV;近邻三重穴位之间C、O原子的扩散能垒分别为0.57和0.14eV,预示O原子较C原子更易在U(001)表面扩散迁移.     

O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.     

Conversion of N2O to N2 on MgO （001） Surface with Vacancy： A DFT Study

The adsorption and decomposition of NzO at regular and defect sites of MgO (001) surface have been studied using cluster models embedded in a large array of point charges (PCs) by DFT/B3LYP method. The results indicate that the MgO (001)surface with oxygen vacancies exhibits high catalytic reactivity toward N2O adsorptive-decomposition. It is different from the regular MgO surface or the surface with magnesium vacancies.Much elongation of O—N bond of N2O after adsorption at oxy-gen vacancy site with O end down shows that O—N bond has been broken with concurrent production of N2, leaving a regu-lar site instead of the original oxygen vacancy site (F center ).The MgO (001) surface with magnesium vacancies hardly ex-hibits catalytic reactivity. It can be concluded that N2O dissoci-ation likely occurs at oxygen vacancy sites of MgO (001) sur-face, which is consistent with the generally accepted viewpoint in the experiments. The potential energy surface (PES) reflects that the dissociation process of N2O does not virtually need to surmount a given energy barrier.     

Mo/Fe3O4(111)表面对燃煤烟气汞吸附的密度泛函研究

利用CASTEP软件包采用密度泛函理论计算研究了过渡金属Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对Hg~0、HgCl和HgCl_2的吸附特征,分析了Mo掺杂前后Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面上不同汞物种的吸附形态。结果表明,Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对HgCl和HgCl_2为化学吸附,而对Hg~0的吸附为物理吸附;与纯净表面相比,HgCl在Mo原子掺杂表面上的吸附能提高了40%-66%。HgCl_2在纯净Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面形成"M"形结构;而掺杂Mo原子后,由于Cl原子与Mo原子之间更强的相互作用,使得HgCl_2发生了完全解离,两个Cl原子分别与Mo原子和Fe原子成键吸附在表面,Hg脱附。相关研究结果可为脱除燃煤烟气中的汞提供一定的理论指导。     

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。     

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。     

SO_2和H_2O(g)对新疆高钠煤中钠挥发和形态迁移的研究

在水平管式炉上进行了400-1 100℃新疆高钠煤恒温燃烧实验,并利用逐级提取的方法分析煤及煤灰中钠的赋存形态,研究煤中钠的释放和形态迁移特性。重点考察700和1100℃下H_2O(g)和SO_2(g)单因素及双因素对煤中无机钠挥发和形态迁移的影响。结果表明,随着温度的升高,煤中钠的释放比例逐渐增大,其中,有机态钠最先析出,其次是水溶态无机钠,硅铝酸盐形式的无机钠则由于高热稳定性不易分解或挥发。低温下(700℃)H_2O(g)的存在降低了钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)焦炭与水蒸气反应生成的局部还原性气氛促进煤中钠的挥发,但当入口气氛中H_2O(g)浓度高于20%时,促进作用减小。SO_2的存在抑制了煤中钠的挥发,随着燃烧温度升高,SO_2对钠的抑制作用减弱。H_2O和SO_2双因素作用下,低温下(700℃)抑制了煤中钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)钠的挥发特性取决于两者在入口气氛中的浓度。对于选取的高钠煤,20%H2O和2.0×10-3SO_2入口气氛下,1 100℃煤燃烧钠的挥发比例由86%提高到了87.1%。     

Density functional study of H2 molecule and H atom adsorption on α‐U(001) surface

Density functional theory method has been employed to investigate the adsorption of H₂ molecule and H atom on α‐U(001) surface. There exist four initial sites [top (A), triangle‐center (B), long‐bridge (C), and short‐bridge (D)] for H₂ and H atom adsorptions on α‐U(001) surface. The E_ads (adsorption energy) values on the top sites of H₂‐U(001) configurations are around ?0.666 eV, and H₂ molecule has been elongated but not broken into H atoms. For the other three sites, the E_ads values are around ?1.521 eV. The long‐bridge site is the most reactive site for H₂ decomposing. For the H‐U(001) configurations, the E_ads are around ?2.904 eV. Top site and short‐bridge site are the most reactive sites for the H atom react on the α‐U(001) surface. Our work reveals that the different reactive sites play discrepant effects on hydrogenation process. Geometric deformations, diffusion paths, and partial density of states of H₂‐U(001) and H‐U(001) configurations have also been analyzed. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Comparative study of H2S and SO2 adsorption on polycrystalline copper by surface potential measurements

Surface Potential Variations ΔΦ and XPS show the presence of S(a) on Cu after exposure to H₂S. On such a presulfided state, H₂S adsorbs molecularly and reversibly at room temperature. Exposure to SO₂ mainly leads to the formation of S(a) and SO_x(a) while molecular adsorption has not been evidenced at room temperature.     

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.     

Ab initio density functional study of MgO (001) surface with topological defects

Magnesium oxide (MgO) is a useful material because of its catalytical properties. Moreover, surface defects have been found to play a crucial role in determining the activity and selectivity of catalytic surfaces. We present the results of a theoretical investigation of the electronic structure of the MgO (001) surface with three different topological defects. Our calculations are based on density functional theory (DFT) and the pseudopotential method. Slab geometry and periodic boundary conditions have been included with occupied orbitals expanded in plane waves. We compare the obtained results of the (001) MgO clean surface with those containing topological defects. The density of states DOS is analyzed in each case, as well as the chemical nature of the atoms belonging to the defects. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2005