碘乙醇在Ni(100)表面的化学热反应

利用热脱附(TPD)实验和X射线光电子能谱(XPS)研究了碘乙醇在Ni(100)表面的吸附和热反应过程. 实验结果表明, 碘乙醇在100 K温度下以两种分子的形式吸附在Ni(100)的表面, 既有碘原子端的吸附也有碘原子端和羟基端同时吸附在表面. 热分解反应发生在140 K, 伴有少量的乙烯和水产生. 碘乙醇在150 K经过C—I键断裂形成−O(H)CH2CH2−和羟乙基两种中间产物. 在160 K温度下−O(H)CH2CH2−脱去氢形成−OCH2CH2−氧金属环. 中间产物经过进一步分解氧化反应分别在210和250 K产生乙醛, 一部分乙醛从表面脱出, 而其余的则分解成氢气、水和CO.     

氟改变了醇在镍(100)表面上的氧化机理

利用程序热脱附(TPD)实验研究了2-丙醇和三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的吸附和热反应过程. 实验结果表明, 电负性大的氟原子取代丙醇中γ-位氢原子后, 使丙醇从脱氢反应转化为脱水反应. 在这两种化合物的TPD 实验产物中发现, 有以脱水反应生成的烯烃(丙烯, 三氟丙烯), 脱氢反应产生的酮类(丙酮, 三氟丙酮)等分子析出. 实验结果表明, 氟原子取代γ-H后阻止了产生中间产物醇盐的β-H 脱氢反应, 打开了γ-H脱氢反应的通道, 导致烯烃的产生. 在2-丙醇吸附于镍表面的TPD实验中观察到了消去β-H产生丙酮的脱氢反应, 而1,1,1-三氟-2-丙醇在镍表面上经过脱水反应则产生了3,3,3-三氟丙烯.     

CO在轻微氧化的Mo(100)表面上的吸附和反应

应用HREELS和TDS研究了120K时CO在轻微氧化的Mo(100)上的吸附和脱附状况.120K时,CO在轻微氧化的Mo(100)上存在顶位垂直吸附(ν_CO=2016～2050cm^-1)、四重空位倾斜吸附(ν_CO=1088cm^-1)和通过π键与表面发生作用的倾斜吸附(ν_CO=1600cm^-1).当表面温度升高时,顶位吸附的CO在低覆盖度下发生解离,但在较高覆盖度下,可以同时发生脱附(T_p=319K)和解离;而后两种吸附态在温度升高时只发生解离.CO解离产生的C原子和O原子在930K和1320K时可重新结合成CO脱附.     

H_2在Ni(100)面吸附及重组脱附的经典轨迹研究

本文用Monte—Carlo法随机抽取符合热力学分布的边界条件及广义LEPS势,求解哈密顿运动方程,得到H_2/Ni(100)面吸咐及重组脱附的经(?)轨迹一万一千余条,考察并阐明H_2分子的平动、转动及振动能态、分子入射角对吸咐的影响。并在3.5cv时研究了表面H原子重组成分子脱附及原子脱附。本文还求得了在纯净Ni表面上H_2的初始吸附率为0.056,与实验值0.好符合,表明符合热力学分布的随饥抽样模拟的经典轨迹法是研究气体在固体表面吸附动态学的有效方法。     

Ni(100)表面吸附SO2的密度泛函研究

以原子簇Ni14为模拟表面,采用DFT/B3LYP方法研究了二氧化硫(SO2)分子在Ni(100)表面的吸附构型、能量、电荷及态密度。结果表明,SO2分子通过S原子平铺吸附在Ni(100)的桥位最有利,计算结果与实验相符。电荷密度及态密度分析表明,Ni原子的d轨道与SO2分子的空p轨道之间存在明显的s-p作用和电荷转移,这一作用可能导致SO2分子发生解离。     

CO在Ni(100)面吸附模式的研究

本文首次将McGreery的推广LEPS法用于异核双原子分子的吸附势能面.设CO在Ni面上的吸附位置有3种(图1).取Sato参数为0.5,所得典型的势能面示于图2、图3.当C—O键平行于表面并接近Ni面上的3种吸附位置时,各势能面均与图2类似,先进入一势阱,然后越过势垒进入第二势阱.发生解离型C及O的原子吸附时,共有4种模式.各势能面上表征吸附的参数列于表1,吸附模式见图1.在4种吸附模式中最稳定的是C模式,即对角相邻5CN上的解离双原子吸附,R_(c-o)=6.65a.u.,它是R_(c-o)(平衡)=2.17a.u.的三倍多.当CO键与表面垂直且接近Ni面上3种吸附位置时所得势     

乙醇在Mn薄膜／Rh（100）上吸附和分解的研究

应用高分辨电子能量损失谱（HREELS）和热脱附谱（TDS）,研究了Mn薄膜／Rh(100)上乙醇的吸附和分解,提出了表面吸附和分解的反应工,在300K时,蒸镀的Mn在清洁Rh(100)表面上以层层模式生长;在130－300K间,在25mLMn/Rh(100)表面上吸附20L乙醇的TDS结果与乙醇在Rh(100)表面上的结果一致在155K处,脱附出多层凝聚态吸附的乙醇;升温到255K,脱附出H2和CH4,继续升温,出现了与乙醇在R (100)表面上不一致的现象,在470K,同时出现了第2个H2和CH4的脱附峰,在500K,脱附极少量的CO;在950K附近,脱附出大量CO。     

甲基、氨基和甲胺在清洁及C(N,O)改性的Mo(100)表面的吸附

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT), 并结合平板模型, 研究了甲基、氨基和甲胺在清洁及C(N, O)改性的Mo(100)面的吸附行为. 计算结果表明, 在较低覆盖度下(θ=1/6 ML(monolayer)), 吸附物种在不同表面上的稳定吸附位的吸附能变化不大; 而在较高覆盖度下(θ=1/4 ML), 其稳定的吸附位置可能发生变化, 且吸附能有了明显的区别. 它们在改性的Mo(100)表面吸附能较清洁表面小, 并且按C、N、O的顺序降低. 究其原因可归结为C、N、O性原子的存在使得金属表面的供电子能力减弱, 从而导致金属的d带中心的下移. 通过对金属Mo的d带性质的分析, 发现d带中心只能笼统地说明改性原子对于清洁表面的性质有一定的影响, 不能很好地体现C、N、O对于清洁表面性质影响的差异, 而dz2轨道的能量中心却能很好地反映出吸附物种在改性表面上的吸附能按C、N、O的顺序依次减小这一规律.     

乙酸在Rh(100)表面吸附和分散的HREELS和TDS研究

 用高分辨电子能量损失谱（HREELS）和热脱附谱（TDS）研究了乙酸在Rh（100）表面上的吸附和分解,提出了乙酸吸附和分解反应的模式．130K时,高暴露量的乙酸在Rh（100）表面上形成多层吸附的凝聚态乙酸．升温至290K时,部分乙酸以分子形式直接脱附,另一部分乙酸分子通过O—H键断裂形成乙酸根和氢吸附在表面上;在升温至400K的过程中,乙酸根在表面发生两个相互竞争的反应,即乙酸根分解成CO,CHx,O和H,以及乙酸根分解成CHx,H和CO2;升温至500K,只剩下CHx,O和CO吸附在表面上;600K后,表面吸附的CHx完全解离,同时表面吸附的碳原子和氧原子结合成CO脱附．     

乙烷在Ni(111)表面的吸附和分解

研究了乙烷在Ni(111)表面解离的可能反应机理, 使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态. 采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法, 优化了C2H6裂解反应过程中各物种在Ni(111)表面的top, fcc, hcp和bridge位的吸附模型, 计算了能量, 并对布居电荷进行分析, 得到了各物种的有利吸附位. 结果表明, 乙烷在Ni(111)表面C—C解离的速控步骤活化能为257.9 kJ·mol-1, 而C—H解离速控步骤活化能为159.8 kJ·mol-1, 故C—H键解离过程占优势, 主要产物是C2H4和H2.     

Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在北山花岗岩上的吸附：表面配位模型及线性自由能关系

用批式法研究了Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在北山花岗岩(BS03, 600 m)上的吸附. Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在北山花岗岩上的吸附分配比(K_d)均随pH值、离子强度和吸附质浓度的变化而变化; 在低pH值范围, Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的K_d 值随离子强度的增大显著减小, 而在高pH值范围,离子强度对K_d的影响较小; Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在北山花岗岩上的吸附作用可以分别用1个离子交换反应和2个内层表面配位反应进行定量描述. 建立了表面配位反应平衡常数(K)与过渡金属二价离子水解常数(^OHK)之间的线性自由能关系(LFER),据此对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)在花岗岩上的吸附进行了预测,并与实验结果进行了对比,获得了较好的一致性.     

氮在含氧Mo(100)面上的吸附与反应

 用HREELS, AES, LEED和TDS考察了氮在含氧Mo(100)上的吸附和热脱附. 120 K下氮在含氧Mo(100)上吸附时存在着N—N伸缩振动频率2150和1600 cm-1, 分别对应于线式(γ态)和侧位(α态)两种分子吸附态. 升温引起γ态氮的脱附和α态氮的解离. 其中γ态氮的脱附峰温位于155 K, 遵循一级脱附动力学; 由α态解离生成的N原子占据Mo(100)的四重空位(即β态), 并在高于1?150 K的温度重新化合形成氮而脱附. 120 K时,氮的吸附是无序的; 吸附了氮的表面经1100 K退火后生成了有序的c(2×2)-N表面结构.     

PdAu(100)和PdAu(111)双金属表面的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(Density Functional Theory DFT)研究Au(100)和Au(111)表面含有不同Pd构型时表面的形成能.结果表明,非连续Pd构型的形成能较连续Pd构型的低,在表面易形成,其中第二临位Pd对构型被证实是乙烯与醋酸结合生成醋酸乙烯反应中催化活性最高的构型.随后计算CO在不同表面Pd原子的顶位吸附能和Pd原子的d带中心,结果显示表面Pd原子与相邻金原子之间几乎没有电子传递,并且PdAu(111)表面的Pd原子d带中心随周围Au原子个数的增加而远离费米能级,伴随着CO在其上吸附能的减小,但是同样的趋势在PdAu(100)表面不存在.最后,通过计算,CO在金属表面的吸附机理为CO成键轨道5σ的电子传递给Pd原子的d带,而Pd原子的d带电子又反馈回CO的反键轨道2π*.     

乙酸在SmOx/Rh(100)模型表面上的吸附和分解

 用高分辨电子能量损失谱（HREELS）和热脱附谱（TDS）研究了\r\n乙酸在SmOx／Rh（100）模型表面上的吸附与分解．结果表明：低温下\r\n吸附乙酸时，SmOx的加入明显促进了乙酸分子中O－H键的断裂，从而有\r\n利于乙酸根的形成；升高表面温度，SmOx的存在促进了乙酸根中C－C键\r\n的断裂，有利于乙酸根的进一步分解．120K时，乙酸在SmOx／Rh（100\r\n）上主要以乙酸根的形式存在．225K时，乙酸根即可发生以生成CO为主\r\n的脱羧反应．在417和477K观察到受表面脱羧反应控制的CO2和H2的脱附\r\n峰．对反应的机理进行了讨论．     

洁净和氧吸附的Cu(100)表面重构的理论研究

The interaction of atomic oxygen with the clean Cu(100) surface has been studied by means of cluster and periodic slab models density functional theory in the present paper. The Cu(4,9,4) cluster and a three-layer slab with c(2×2) structure are used to model the perfect Cu(100) surface. Three possible adsorption sites,top, bridge and hollow site, were considered in the calculations. The predicted results show that the hollow site is the prefer site for atomic oxygen adsorbed on Cu(100) surface energetically. This is in good agreement with the experiment. The calculated binding energies are respective 2.014, 3.154 and 3.942 eV for top, bridge and hollow sites at mPW1PW91/LanL2dz level for the cluster model. The geometry of Cu(100) surface has also been optimized theoretically with various density functional methods and the results show that the prediction from the B3PW91/LanL2dz and mPW1PW91/LanL2dz reproduce the experimental observation.The frontier molecular orbitals and partial density of states analysis show that the electron transfer from the d orbital of substrate to the p orbital of the surface oxygen atom.     

窄带隙Ⅳ-Ⅵ族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500 V Ar+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te 3d5/2与Pb 4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.     

NO在氧预吸附Ir(100)表面吸附和解离的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论和周期性平板模型研究了NO在O预吸附Ir(100)表面的吸附和解离, 并考察了预吸附的O对可能产物N₂, N₂O和NO₂的选择性的影响. 优化得到反应过程中初态、 过渡态和末态的吸附构型, 并获得反应的势能面信息. 计算结果表明, NO在O预吸附表面最稳定的吸附位是桥位, 其次是顶位. 桥位和顶位的NO在表面存在两条解离通道, 即直接解离通道和由桥位和顶位扩散到平行空位, 继而发生N-O键断裂生成N原子和O原子的解离通道. 此分离机理与洁净表面上NO解离机理相同, 但后一种解离方式优于前一种, 是NO在表面上解离的主要通道. 预吸附的O原子在不同程度上抑制了NO的解离, 导致桥位和顶位NO解离互相竞争. 在O预吸附Ir(100)表面, N₂气是唯一的产物, 不会有副产物N₂O和NO₂的生成, 与实验结果一致. 预吸附的O在N/O低覆盖度下几乎不影响N₂气的生成, 但在较高覆盖度下则促进了N₂气的生成.     

O2和CO在Ni(111)表面的吸附活化

采用高分辨电子能量损失谱(HREELS)、俄歇电子能谱(AES)和低能电子衍射(LEED)研究镍单晶表面氧物种及CO与O₂的共吸附。实验结果表明,Ni(111)表面氧化后存在两种氧物种,位于54 meV能量损失峰的表面化学吸附氧物种和位于69 meV能量损失峰的表面氧化镍。首先,随着暴露氧量的增加,表面化学吸附氧物种的能量损失峰蓝移至58 meV;其次,通过真空退火及与CO相互作用考察,发现表面化学吸附氧物种较不稳定。在室温条件下,表面预吸附形成的表面化学吸附氧物种与CO共吸附,导致端位吸附CO增多,表明氧优先吸附在穴位上,随着CO暴露量的增加化学吸附氧物种与CO反应脱去;而表面氧化镍需在较高温度和较高CO分压下才能被CO还原。预吸附CO可被氧逐渐移去。     

NO在Cu(111)表面吸附和分解的XPS和TPD研究：不同氧物种的影响

利用X射线光电子能谱和程序升温脱附谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Cu(111)表面上的吸附和反应.通过改变NO的暴露量和退火温度,在Cu(111)表面可以制备出不同种类的化学吸附氧物种,其O 1s的结合能分别位于531.0 eV (O₅₃₁)和529.7 eV (O₅₂₉).表面O₅₃₁物种的存在对NO的不同吸附状态有着显著影响,同时使得大部分NO吸附分子(NO(a))在加热过程中发生分解并以N₂O和N₂形式脱附; 而表面O₅₂₉物种对NO(a)的解离脱附有着明显的抑制作用.相对于O₅₃₁物种来说,O₅₂₉物种对NO吸附表现出更强的位阻效应.上述结果表明,NO在Cu(111) 表面的吸附和分解行为与预吸附氧物种的种类和覆盖度密切相关.     

DOPA醌在Cu(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度密度泛函理论(GGA)的BLYP方法结合周期性平板模型,以原子簇Cu41为模拟表面,对DOPA醌分子在Cu(100)表面不同位置的吸附模型进行了构型优化、能量计算以及Mulliken布居分析,结果表明通过相邻的羰基垂直吸附在表面的桥位是其最佳吸附方式,吸附能为247.2310kJ/mol;其次为顶位、顶位R45和穴位,吸附能分别为227.7162kJ/mol、220.7305kJ/mol和217.8456kJ/mol。Mulliken布居分析结果表明整个吸附体系发生了由Cu原子向DOPA醌分子的电荷转移。