O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论，本文系统地研究了O在Au(111)表面上的吸附能、吸附结构、功函数、电子密度和投影态密度，给出了覆盖度从0.11ML到1.0ML的范围内，O的吸附特性随覆盖度变化的规律.研究发现O的稳定吸附位为3重面心立方(fcc)洞位，O在fcc洞位的吸附能对覆盖度比较敏感，其值随着覆盖度的增加而减小；O诱导Au(111)表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系，原因是Au表面电子向O偏移，形成表面偶极子；O—Au的相互作用形成成键态和反键态，且反键态都被占据，造成O—Au键很弱，O吸附能较小. 关键词： 表面吸附 Au(111)表面 密度泛函理论 电子特性     

甲氧基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对甲氧基在Ir(111)表面top, bridge, fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化、能量计算、Mulliken电荷布居分析以及差分电荷密度计算。结果表明,甲氧基通过氧原子与金属表面相互作用时,垂直吸附在fcc位是最有利的吸附构型,吸附能为2.26 eV,此时电子从金属表面向甲氧基转移。吸附过程中C-O键振动频率发生红移,表明在该表面C-O键容易被活化。结合差分电荷密度分析表明,吸附时CH3O中氧的2p原子轨道和铱的dz2原子轨道相互作用形成σ键。     

甲基和羟基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

在超原胞近似和slab模型基础上,采用周期性密度泛函理论,在0.11覆盖度（ML）下,对甲基与羟基在Ir(111)表面的吸附进行了研究,得到了甲基和羟基在Ir(111)表面不同吸附位置的吸附能和吸附构型,计算了它们的振动频率,同时分析了甲基和羟基共吸附于Ir(111)表面的情况。结果表明,甲基和羟基在Ir(111)表面的最稳定吸附位置都是top位,甲基是碳端向下吸附,羟基是通过氧端向下倾斜吸附。通过频率分析发现吸附后CH3中C-H键的对称伸缩振动、反对称伸缩振动以及剪切振动频率均发生了红移,而羟基中的O-H键的振动频率发生蓝移现象。通过计算对比发现甲醇分解为甲基和羟基过程是一个放热反应,从热力学角度来说该反应是可行的。     

甲基和羟基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

在超原胞近似和slab模型基础上,采用周期性密度泛函理论,在0.11覆盖度(ML)下,对甲基与羟基在Ir(111)表面的吸附进行了研究,得到了甲基和羟基在Ir(111)表面不同吸附位置的吸附能和吸附构型,计算了它们的振动频率,同时分析了甲基和羟基共吸附于Ir(111)表面的情况.结果表明,甲基和羟基在Ir(111)表面的最稳定吸附位置都是top位,甲基是碳端向下吸附,羟基是通过氧端向下倾斜吸附.通过频率分析发现吸附后CH3中C-H键的对称伸缩振动、反对称伸缩振动以及剪切振动频率均发生了红移,而羟基中的O-H键的振动频率发生蓝移现象.通过计算对比发现甲醇分解为甲基和羟基过程是一个放热反应,从热力学角度来说该反应是可行的.     

Si(001)-(2*2*1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

建立了一种计算Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的理论模型．在周期性边界条件下,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的超软赝势法对Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附进行了第一性研究．通过占位能的计算,得到了Si(001)-(2×2×1):H表面O2的最佳吸附位置．计算结果表明吸附后的反应产物应为Si=O和H2O,从理论上支持了D．Kovalev等人提出反应机制．     

HCOOH在Pd-Fe(111)(nPd:nFe=1:1)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对HCOOH在Pd(111)表面top, fcc, hcp, bridge 四个吸附位和Pd-Fe(111)表面Pd-top, Fe-top, PdPd-bridge, PdFe-bridge, FeFe-bridge, Pd2Fe-hcp, PdFe2-hcp, Pd2Fe –fcc, PdFe2-fcc等9个吸附位的13种吸附模型进行了能量计算、构型优化,得到了HCOOH较有利的吸附位;并对清洁表面进行能带分析。结果表明：掺杂Fe后,Pd催化剂对HCOOH催化活性增强;HCOOH在Pd(111)表面的最稳定吸附位fcc的吸附能是-41.8kJ•mol-1,在Pd-Fe(111)表面的最稳定吸附位Pd2Fe-hcp的吸附能是-126.5 kJ•mol-1,而且HCOOH在金属表面属于化学吸附。     

C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明:C_2H_6和C_2H_4在Ni(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-36.41和-48.62 kJ·mol~(-1),物种与金属表面吸附较弱;而C_2H_5在Ni(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-100.21 kJ·mol~(-1),物种与金属表面较强;三物种与金属表面之间都有电荷转移,属于化学吸附.     

Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对过渡金属Ni晶体与Ni (111)表面的结构和电子性质进行了研究, 并探讨了单个C原子在过渡金属Ni (111)表面的吸附以及两个C原子在Ni(111)表面的共吸附. 能带和态密度计算表明, Ni晶体及Ni (111)表面在费米面处均存在显著的电子自旋极化. 通过比较Ni (111)表面各位点的吸附能,发现单个C原子在该表面最稳定的吸附位置为第二层Ni原子上方所在的六角密排洞位, 吸附的第二个C原子与它形成碳二聚物时最稳定吸附位为第三层Ni原子上方所在的面心立方洞位. 电荷分析表明,共吸附时从每个C原子上各有1.566e电荷转移至相邻的Ni原子, 与单个C原子吸附时C与Ni原子间的电荷转移量(1.68e)相当. 计算发现两个C原子共吸附时在六角密排洞位和面心立方洞位的磁矩分别为0.059μ_B和 0.060μ_B,其值略大于单个C原子吸附时所具有的磁矩(0.017μ_B).     

钴原子及其团簇在Rh(111)和Pd(111)表面的扫描隧道显微学研究

利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱(STM/STS)及单原子操纵,系统研究了单个钴原子(Co) 及其团簇在Rh (111)和Pd (111)两种表面的吸附和自旋电子输运性质. 发现单个Co原子在Rh (111)上有两种不同的稳定吸附位,分别对应于hcp和fcc空位, 他们的高度明显不同,在针尖的操纵下单个Co原子可以在两种吸附位之间相互转化. 在这两种吸附位的单个Co原子的STS谱的费米面附近都存在很显著的峰形结构, 经分析认为Rh (111)表面单个Co原子处于混价区,因此这一峰结构是d轨道共振 和近藤共振共同作用的结果.对于Rh (111)表面上的Co原子二聚体和三聚体, 其费米面附近没有观测到显著的峰,这可能是由于原子间磁交换相互作用 和原子间轨道杂化引起的体系态密度改变所共同导致.与Rh (111)表面不同, 在Pd (111)表面吸附的单个Co原子则表现出均一的高度.并且对于Pd (111)表面所有 单个Co原子及其二聚体和三聚体,在其STS谱的费米面附近均未探测到显著的电子结构, 表明Co原子吸附于Pd (111)表面具有与Rh (111)表面上不同的原子-衬底相互作用与自旋电子输运性质.     

硫在Fe(111)面吸附的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了不同覆盖度下硫在Fe(111)表面的吸附构型和吸附特性,计算并分析了硫在Fe(111)表面的吸附能、电荷密度、分波态密度、电荷布局、电子局域化函数等数据.研究结果表明:S在Fe(111)面的H位吸附最稳定,并且吸附能随着覆盖度的增加而增加.另外,电子态密度、电子局域化函数和布局分析表明Fe、S之间呈较弱的共价键,这种作用力主要是Fe的3d轨道和S的3p轨道杂化所贡献,而随着覆盖度的增加,Fe、S之间的作用力逐渐减弱,这可能是由于S原子之间的排斥力减弱了Fe、S之间的作用.S在Fe(111)、Fe(110)和Fe(100)这三个晶面上吸附情况的对比分析发现,S与Fe(111)表面的相互作用最强,Fe(100)面次之,而Fe(110)面最弱.     

分子取向对CO在Pd(111)面吸附的影响

 用基于密度泛函理论广义梯度近似下的平面波赝势方法计算了在Pd(111)晶面两种不同CO分子取向的吸附结构。计算结果表明，CO分子碳端和氧端靠近Pd(111)面的吸附能分别为-1.75，-0.28 eV，碳端吸附的结构比氧端吸附能力强。因此，分子取向影响CO在Pd(111)面上的吸附，通过控制CO的取向可能减小Pd(111)的吸附进而减弱Pd(111)面CO分子的中毒。     

S在Pt皮肤Pt3Ni(111)面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了S原子在 Pt皮肤Pt3Ni(111)面不同位置的吸附特性.结果表明：S原子在Pt皮肤Pt3Ni的fcc位吸附最强,吸附能为5. 49 eV;与S原子在纯净Pt(111)表面的吸附相比,S原子在Pt皮肤Pt3Ni表面相应吸附位置的吸附能变小、与近邻的Pt原子形成的S-Pt键变长,表明掺杂的Ni会减小相应位点S原子的吸附能,降低体系对S原子的吸附能力,进而减弱S吸附对体系催化能力的影响;态密度分析发现, S原子的吸附使得Pt基催化剂的催化活性降低,主要是S的2p电子引起的;这些结果将为后续研究Pt基合金电极抗S中毒效果以及探究S原子吸附后Pt3Ni的活性位提供依据.     

Electronic structure of the Au-intercalated graphene/Ni(111) surface

We report the electronic structure of the Au-intercalated graphene/Ni(111) surface using angle-resolved photoemission spectroscopy and low energy electron diffraction. The graphene/Ni(111) shows no Dirac cone near the Fermi level and a relatively broad C 1s core level spectrum probably due to the broken sublattice symmetry in the graphene on the Ni(111) substrate. When Au atoms are intercalated between them, the characteristic Dirac cone is completely recovered near the Fermi level and the C 1s spectrum becomes sharper with the appearance of a 10?×?10 superstructure. The fully Au-intercalated graphene/Ni(111) surface shows a p-type character with a hole pocket of ～0.034?Å^?1 diameter at the Fermi level. When the surface is doped with Na and K, a clear energy gap of ～0.4?eV is visible irrespective of alkali metal.     

H2S在Cr(111)面上吸附与解离的第一性原理研究

采用了第一性原理研究了H₂S在Cr(111)面的吸附解离过程，利用吸附能、吸附构型和偏态密度图(PDOS)研究了H₂S及其解离产物在Cr(111)面上的吸附情况，都偏向倾斜吸附在Cr(111)面.同时研究了HS/H和S/H共吸附情况，得到共吸附物质在Cr(111)面上有明显的相互作用.最后使用线性同步和二次同步变换方法确定了解离反应的过渡态，了解到第一、二步解离的活化能分别为1.65 eV、0.82 eV,H₂S分子在Cr(111)面上的解离过程是放热反应，反应能为-2.90 eV.     

Ge在Si(111)7×7表面的选择性吸附

利用超高真空扫描隧道显微镜研究了室温条件下Ge在Si(111)7×7表面上初期吸附过程.在Ge所形成团簇中存在一个临界核.这些Ge团簇的吸附中心总是在三个增原子所围成的区域中.它们的电子结构具有类似半导体的性质,即其局域态密度在远离费米面的能级处很大,而在费米面附近的能级处非常小. 关键词： 扫描隧道显微镜 Si(111)7×7表面 Ge团簇     

Ag(111)和Au(111)上铋的初始生长行为

半金属铋(Bi)的表面合金具有的Rashba效应,和其具体结构性质有重要关联.本文结合扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT),系统地研究了Bi原子在Ag(111)和Au(111)上的不同初始生长行为.在室温Ag(111)上,连续的Ag2Bi合金薄膜会优先在Ag台阶边缘形成;在570 K Ag(111)上,随着...     

Cu(100) (2×22)R45°-O的表面结构与电子态的密度泛函研究

用第一性原理的总能计算研究了Cu(100))面的表面结构、弛豫以及氧原子的(2×22)吸附状 态.计算给出了Cu(100) (2×22)R45°-O吸附表面的结构参数，并得到了上述结构下氧吸附 的Cu(100)表面氧原子和各层Cu原子的电子态密度.计算得到的吸附表面功函数为4.58 eV ，与清洁Cu(100)表面功函数(～4.53 eV)几乎相同.吸附氧原子与最外层铜原子之间的垂直 距离约为0.02 nm，其能带结构体现出一定的金属性，同时由于Cu-O的杂化作用在费米能以 下约6.4 eV附近出现了局域的表面态.可以认为，在Cu(100) (2×22)R45°的氧吸附表面结 构下，吸附氧原子和衬底之间的结合主要来源于表面最外层铜原子与氧原子的相互作用. 关键词： Cu(100)(2×22)R45°-O表面 缺列再构 表面电子态