First Principles Study of Adsorption and Reaction of CO on SrTiO3 （100） Surface： the Role of Surface Oxygen Vacancies

The adsorption and reaction of CO on SrTiO3 （100） surface with and without surface oxygen vacancy are investigated by the first-principles calculation based on the density functional theory. The calculated results reveal that the oxygen vacancy site prefers to the activation of the C-O bond. The adsorption energies increase to 1.0855 and 0.3245eV for defect-CO and defect-OC orientations, respectively. Particularly the C-O bond is elongated by about 0.1285 ？ in the defect-OC orientation compared with that in the Ti-OC one without surface oxygen vacancies. There is predominantly a chemisorption mechanism between the CO molecule and the surface in the defect-CO orientation.     

葡萄糖分子的表面增强拉曼光谱研究

本文以密度泛函理论(density functional theory, 简称DFT)采用B3LYP混合泛函和6-31++G(d, p)基函数组计算的葡萄糖的分子振动光谱为根据, 首次对葡萄糖分子的常规拉曼光谱(NRS)进行了详细的指认, 并对葡萄糖分子的振动模式进行了归属。在以4-巯基吡啶为桥联剂分子修饰的银镜衬底上, 观测到葡萄糖分子的表面增强拉曼散射(SERS), 并对葡萄糖分子在银表面的吸附状态进行了分析。     

氢分子间色散相互作用能的自然轨道泛函

理论上对分子间色散相互作用能的精确计算一直是个难点问题.密度矩阵泛函基于非定域量一阶密度矩阵为基本变量,它与色散相互作用起源于电子间的非定域关联特性相吻合.论文以最简单的氢分子为研究对象,通过分析两相互平行的氢分子间色散相互作用能,构造出了该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函.结果表明:描述该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函形式为包含有4个轨道的非交换和库伦积分.该结果对发展色散相互作用能的密度矩阵泛函理论具有重要的参考价值.     

Mg2(BH4)2(NH2)2脱氢机理的理论研究

对Mg₂(BH₄)₂(NH₂)₂的脱氢机理展开系统的理论研究发现相对于分子内的脱氢过程,分子间的脱氢过程在热力学和动力学方面都是比较有利的. Mg₂(BH₄)₂(NH₂)₂脱氢过程的第一步是BH₄^-中的B-H^δ-和NH2-中     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO2)体相及其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明,t-HfO2(001)表面不会产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO2(001)表面态密度明显高于体相态密度.其次,表面原子的态密度更靠近费米能级(EF),价带往低能量处移动,并有表面态产生.计算结果表明了t-HfO2表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO2(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位数减少,表面原子周围的环境发生变化而引起的.     

Surface rumpling of cubic CaTiO3 from density functional theory

In this paper, the structure of cubic CaTiO3 （001） surfaces with CaO and TiO2 terminations has been studied from density functional calculations. It has been found that the Ca atom has the largest relaxation for both kinds of terminations, and the rumpling of the CaO-terminated surface is much larger than that of TiO2-terminated surface. Also we have found that the metal atom relaxes much more prominently than the O atom does in each layer. The CaO-terminated surface is slightly more energetically favourahle than the TiO2-terminated surface from the analysis of the calculated surface energy.     

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间3-6 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.05-0.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.     

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     

碱金属封装到氧化锌纳米笼的第一原理研究

利用密度泛函理论研究了碱金属(Li、Na、K、Ru)封装到Zn₁₂O₁₂纳米笼的过程. 在298 K和100 kPa,Li和Na原子的封装在热力学上是有利的, 吉布斯自由能为负值, 分别为约-130.12和-68.43 kJ/mol. 随着封装原子大小的增加,封装过程变得不那么有利,封装K和Rb过程的吉布斯自由是正值. 结果表明,LUMO、费米能级、尤其是HOMO向更高的能量转移,以至于HOMO-LUMO能隙明显变窄. 封装后的碱金属簇的功函数由于费米能级转移到     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO_2(101)面吸附NH_3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属(B、C、N、F)掺杂的TiO_2(101)表面吸附NH_3的特性与作用机理.研究发现:被非金属掺杂后的表面对NH_3的吸附效果要优于未掺杂表面.不同元素掺杂对比发现:C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构.通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH_3在TiO_2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂(X)位原子与NH_3分子的相互作用强弱不同所造成.掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH_3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定.     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

Aun(n=2,3,4)团簇与乙醇分子相互作用的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了Au_n(n=2,3,4)团簇与乙醇分子的吸附机理.研究结果表明:Au_n(n=2,3,4)团簇分别能够吸附1到n个乙醇分子,生成Au_n-(C₂H₆O)_1-n配合物;Au₄团簇吸附乙醇分子有多种构型,通过分析吸附能和Mulliken电荷分布,确定了4个乙醇分子的吸附顺序及相应的稳定构型;Au_n(n=3,4)团簇在吸附最后一个乙醇分子时改变了前面Au—O成键的作用模式,而是选择Au—H成键;作为吸附主体的金团簇和被吸附的乙醇分子在吸附前后构型变化都很少,它们之间的吸附作用为弱相互作用. 关键词： 金团簇 乙醇分子 密度泛函理论     

羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带的电子结构

利用密度泛函理论,计算了羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带(OH-ZGNRs)的相对稳定性和外加横向电场对其电子结构的影响.计算结果表明:OH-ZGNRs比氢饱和ZGNRs(H-ZGNRs)更为稳定,具有窄带隙自旋极化基态.此外,在外加横向电场作用下,OH-ZGNRs可实现半导体到半金属相转变. 关键词： 石墨烯纳米带 密度泛函理论 电场     

氧、硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论和投影缀加平面波的第一性原理计算方法, 研究了六方氮化硼单层(h-BN)中的氮原子缺陷(V_N)、氧原子取代氮原子(O_N)和硫原子取代氮原子(S_N)时的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现, V_N和O_N体系形变较小, 而S_N体系形变较大; h-BN本身无磁矩, 但具有N缺陷或者掺杂后总磁矩都是1 μ_B; 同时给出了态密度和能带结构.利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论解释了相关结果, 尤其是杂质能级和磁矩的产生. 关键词： 六方BN单层 第一性原理计算 密度泛函理论 分子轨道理论     

Spin polarization effect for Fe2 molecule

This paper uses the density functional theory （DFT）（B3p86） of Gaussian03 to optimize the structure of Fe2 molecule. The result shows that the ground state for Fe2 molecule is a 9-multiple state, which shows spin polarization effect of Fe2 molecule of transition metal elements for the first time. Meanwhile, we have not found any spin pollution because the wavefunction of the ground state does not mingle with wavefunctions with higher energy states. So, that the ground state for Fe2 molecule is a 9-multiple state is indicative of the spin polarization effect of Fe2 molecule of transition metal elements. That is, there exist 8 parallel spin electrons. The non-conjugated electron is greatest in number. These electrons occupy different spacious tracks, so that the energy of the Fe2 molecule is minimized. It can be concluded that the effect of parallel spin of the Fe2 molecule is laFger than the effect of the conjugated molecule, which is obviously related to the effect of electron d delocalization. In addition, the Murrell Sorbie potential functions with the parameters for the ground state and other states of Fe2 molecule are derived. Dissociation energy De for the ground state of Fe2 molecule is 2.8586ev, equilibrium bond length Re is 0.2124nm, vibration frequency we is 336.38 cm^-1. Its force constants f2, f3, and f4 are 1.8615aJ.nm^-2, -8.6704aJ.nm^-3, 29.1676aj.nm^-4 respectively. The other spectroscopic data for the ground state of Fe2 molecule weXe, Be, αe are 1.5461 cm^-1, 0.1339cm^-1, 7.3428× 10^-4 cm^-1 respectively.     

低覆盖度CO分子在 Ni（110）面的吸附研究

利用密度泛函理论研究了低覆盖度下CO分子在Ni（110）表面的吸附结构和电子态。研究结果表明：在低覆盖度情况下, CO分子优先垂直吸附在短桥位,其次是顶位和长桥位。垂直短桥位吸附、顶位吸附相应的振动频率分别是1850.52 cm-1、1998.08cm-1。态密度的研究结果表明：CO分子和Ni原子在-10 eV -8 eV,-8 eV—-6 eV及1 eV -5 eV能量范围内发生了杂化作用。-10ev -8ev能量范围内的杂化主要来源于C、O原子的s轨道、pz轨道与Ni原子s、p、d轨道的杂化作用。-8ev—-6ev能量范围内的杂化作用主要来源于C、O原子的py、 px轨道与Ni原子d、s轨道的杂化作用。轨道间的杂化作用是吸附作用的主要来源。 我们计算的吸附位置与相应的振动频率与相关实验结果基本一致。     

单层MoS_2分子掺杂的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法的计算,研究了通过吸附不同有机分子对单层MoS2进行化学掺杂.计算结果表明有机分子与MoS2单层衬底间的相互作用主要是范德瓦尔斯作用力.吸附不同有机分子的单层MoS2结构均表现出间接带隙的特征,还表明吸附TTF分子的单层MoS2结构表现出n型半导体的特质,而吸附TCNQ,TCNE两种分子的单层MoS2结构均表现出p型半导体的性质,这些结果表明可以通过改变吸附的分子来实现对单层MoS2的掺杂类型的调控.本文的研究结果将对单层MoS2在晶体管中的应用提供理论基础和指导.     

Au聚体的吸附位点对杀草强分子表面增强拉曼光谱的影响研究

杀草强是一种白色结晶粉末状的化学除草剂,对环境有极强的破坏性,大量使用会造成农残污染,对生物体具有致癌作用。目前利用密度泛函理论探究杀草强分子的拉曼增强机理的相关研究相对较少,开展了Au聚体吸附位点对杀草强分子表面增强拉曼光谱的影响研究。采用Multiwfn软件结合VMD软件探究了杀草强分子表面静电势分布,得出N₁, N₄和N₆是杀草强分子与Au原子配位的最佳位置。基于密度泛函理论,运用GaussView5.0和Gaussian09软件,在B3LYP/6-31++G(d, p)基组水平上对杀草强分子进行几何构型优化,并对C, H, N原子使用6-31++G(d, p)基组,Au原子使用LANL2DZ赝式基组,计算了杀草强分子的常规拉曼散射光谱和杀草强分子与Au₄聚体以及Au₆聚体吸附的表面增强拉曼散射光谱,并进行特征峰指认和比较。结果发现在Au与N₁配位形成的复合物中,在1 064, 1 200, 1 392和1 592 cm^-1处杀...     

插层化合物LixTiS2中Li离子-空位二维有序结构稳定性的第一性原理研究

根据局域密度近似下的密度泛函理论,用第一性原理方法对TiS2,LiTiS2和LixTiS2(x=1/4,1/3,1/2,2/3,3/4)有序系统进行了几何优化和总能量计算.将计算结果与已有的实验和理论结果进行了对比,得到的归一化结构参量增量△a0和△c0随离子浓度单调地增加,与实验结果符合较好.LixTis2(x=1/4,1/3,1/2,2/3,3/4)有序结构的形成能均小于零,表明这些结构的稳定性.具有√3a0×a0有序结构的Li1/2TiS2系统的形成能最低、结构最稳定.研究结果表明,对上述系统使用局域密度近似下的密度泛函理论是合理的.