A Theoretical Study of a Single-Walled ZnO Nanotube as a Sensor for H_2 O Molecules

We have studied the property of single-walled ZnO nanotubes with adsorbed water molecules, and theoretically designed a new sensor for detecting water molecules using single-walled ZnO nanotubes using a combination of density functional theory and the non-equilibrium Green's function method. Details of the geometric structures and adsorption energies of the H 2 O molecules on the ZnO nanotube surface have been investigated. Our computational results demonstrate that the formation of hydrogen bonding between the H 2 O molecules and the ZnO nanotube, and adsorption energies of the H 2 O molecules on the ZnO nanotube are larger than the adsorption energies of other gas molecules present in the atmospheric environment. Moreover, the current-voltage curves of the ZnO nanotube with and without H 2 O molecules adsorbed on its surface are calculated, the results of which showed that the H 2 O molecules form stable adsorption configurations that could lead to the decrease in current. These results suggest that the single-walled ZnO nanotubes are able to detect and monitor the presence of H 2 O molecules by applying bias voltages.     

气相中2Ca＋介入N2O与CO, N2O与H2反应的计算研究

本文采用密度泛函理论DFT-UB3LYP方法, 在6-311+G(2d, p)的基组下, 计算研究了气相中Ca+离子介入N2O (1∑+)和CO (1∑+) 与N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应的微观机理. 报道了二重态势能面上各反应物、中间体和过渡态的构型特征及能量, 并用频率分析和内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证. 计算结果表明,金属离子参与N2O和CO与N2O和H2的反应都分两步进行, 其中Ca+离子对反应N2O (X1∑+) + CO (1∑+)生成N2 (X1∑+g) + CO2 (1∑+g)比较Fe+, Ir+, Pt+等的金属离子有良好的催化作用, 而对反应N2O (X1∑+) + H2 (1∑+g) → N2 (1∑+g) + H2O (1A1) 催化作用不是很好,N2、CaOH+和H是该反应的主要产物,与实验观测结果相符, 并通过对金属离子亲氧性（OA）的计算, 从热力学方面进一步说明主题反应的可行性.     

气相中2Ca＋介入N2O与CO, N2O与H2反应的计算研究

本文采用密度泛函理论DFT-UB3LYP方法, 在6-311+G(2d, p)的基组下, 计算研究了气相中Ca+离子介入N2O (1∑+)和CO (1∑+) 与N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应的微观机理. 报道了二重态势能面上各反应物、中间体和过渡态的构型特征及能量, 并用频率分析和内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证. 计算结果表明,金属离子参与N2O和CO与N2O和H2的反应都分两步进行, 其中Ca+离子对反应N2O (X1∑+) + CO (1∑+)生成N2 (X1∑+g) + CO2 (1∑+g)比较Fe+, Ir+, Pt+等的金属离子有良好的催化作用, 而对反应N2O (X1∑+) + H2 (1∑+g) → N2 (1∑+g) + H2O (1A1) 催化作用不是很好,N2、CaOH+和H是该反应的主要产物,与实验观测结果相符, 并通过对金属离子亲氧性（OA）的计算, 从热力学方面进一步说明主题反应的可行性.     

Adsorption of H2O, OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PW91方法结合周期平板模型研究了H2O在CuCl (111)表面上的吸附及分解. 通过构型优化参数的计算和比较发现：对于O和OH,三重穴位吸附较为稳定,吸附能分别为309.5和416.5 kJ/mol;水分子与预吸附氧的表面作用时分解成为OH,并放热180.1 kJ/mol. 同时对于吸附前后的吸附O与表面Cu的伸缩振动频率、态密度以及吸附质与底物的电荷转移情况进行了计算和分析,并给出了可能的分解反应机理.     

H2S2的构型及其异构化反应的密度泛函理论研究

采用量子化学中的密度泛函理论B3LYP方法 ,在 6 3 11+G(3df,2p)水平上 ,全优化得到了H2 S2 线型和分叉型两种异构体的平衡结构 ,讨论了分叉型异构体存在的可能性 ,同时对可能发生的分子内原子迁移过程的过渡态进行了考察 ,并采用内禀反应坐标 (IRC)加以证实 .计算结果表明 ,从能量角度看 ,线型的HSSH为稳定构型 .热力学和动力学的计算则表明 ,分子内的原子转移需要较高的活化能 ,并且速度很慢 ,分叉型异构体存在的可能性较小     

ZnO2与其热分解所得的ZnO粉末的拉曼光谱研究

利用ZnO2热分解方法制备的ZnO粉末的拉曼光谱,通过分析不同加热温度下所得样品强激光烧蚀后拉曼峰位的差异并对比其他方法所制样品的光谱,指出333 cm-1拉曼峰应当归结为E2(high)和E2(low)的差频,而661 cm-1峰为其二倍频。此外,在量化计算和红外光谱的辅助下,对文献中关于ZnO2粉末在400～500 cm-1之间所观测到的拉曼峰的指认提出了不同看法。     

第一性原理研究O2和H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O2和H2O单分子在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为。吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位,同时也考虑了其它可能的吸附行为。对于O2在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了9个模型,H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了12个模型。通过形成能计算发现,O2在表面上的吸附为正值,H2O的吸附为负值。O2和H2O单分子在表面上发生分子吸附,未见解离形态。对于O2吸附最稳定的结构是O2分子与表面相邻的Zn原子形成了Znslab1-Oads1-Oads2-Znslab2桥连键。其它较为稳定的结构是Oads1原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,在表面上形成了Znslab1-Oads1键,同时Oads2原子扩散至表面沟渠上方。对于H2O吸附,不论以何种方式吸附结构都比较稳定。其中最稳定的构型是Oads迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab3-H氢键。另外较稳定的构型是Oads迁移到ZnO (101 ̅0)表面台阶上方,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab1-H氢键。     

内嵌水二聚体富勒烯(H2O)2@C84的基态性质与光谱特性

采用密度泛函B3LYP方法以6-31G为基组研究了富勒烯D_(2d)(23)-C_(84)和内嵌水二聚体富勒烯(H_2O)_2@D_(2d)(23)-C_(84)的中性、阴离子及阳离子基态几何结构、稳定性、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、红外及拉曼光谱特性;用含时的TD-B3LYP方法研究了富勒烯C_(84)和内嵌水二聚体富勒烯(H_2O)_2@C_(84)的紫外-可见吸收光谱.研究结果表明:水二聚体的加入导致了富勒烯分子的对称性降低、偶极矩增加,体系能隙减小,同时水二聚体的氢键键长减小.另外,水二聚体的加入改变了富勒烯分子的红外和拉曼光谱特征,如谐振频率的移动以及红外和拉曼峰的增强或减弱.研究结果显示水二聚体的加入致使富勒烯分子的最大激发波长发生红移,对其它激发波长的位置以及振子强度也产生影响,如光学活性(振子强度不为0)的激发态成为光学非活性(振子强度为0)的激发态或者光学非活性的激发态成为光学活性的激发态;同时研究发现C_(84)存在能量简并的激发态,而(H_2O)_2@C_(84)并没有能量简并的激发态;虽然水二聚体的加入影响富勒烯分子的激发特性,但计算结果显示C_(84)和(H_2O)_2@C_(84)经展宽后的紫外-可见光谱轮廓基本一致.该研究可以为将来的实验光谱测量提供理论依据,也可以为内嵌水二聚体富勒烯的合成和应用提供理论指导.     

H2O对N复合氧化膜Cr2O3作用机制的理论研究

本文基于第一性原理方法,研究水对N复合氧化膜Cr2O3的作用机制。结果表明N的复合影响H2O在表面的吸附位点及吸附高度,N的溶入与Cr形成稳定作用,减缓H2O对表面Cr-O间的破坏作用,改善氧化膜表层结构,提高表面电化学稳定性。因此,N的复合可增强氧化膜对H2O的作用,同时改善氧化膜的结构稳定性,从而提高不锈钢的抗氧化性。     

MOCVD法生长ZnO薄膜时氧源 t-BuOH和H2O的比较研究

以活性较低的叔丁醇(t-BuOH)和水(H₂O)作为氧源,采用MOCVD技术生长了ZnO薄膜。研究发现,t-BuOH作为氧源可以有效地抑制其与锌源之间的气相预反应,比H₂O作为氧源进行ZnO薄膜的外延生长具有更高的生长速率,得到的ZnO薄膜晶体质量更优,同时载流子的迁移率可以达到37.0 cm²·V^-1·s^-1, 表明t-BuOH更适合作为氧源通过MOCVD系统生长ZnO薄膜。     

用电化学沉积法制备ZnO/Cu2O异质p-n结

由于P型ZnO的制备仍然存在一定的困难,限制了ZnO在光电方面的应用,尤其是在发光二极管和激光器的实际应用,目前利用P型的透明半导体氧化物与n型ZnO制备异质p-n结,成为新的研究热点。选择P型导电Cu2O与ZnO制备出异质p-n结。Cu2O是一种典型的P型半导体材料,禁带宽度为2．1eV,可见光范围的吸收系数较高。首次利用电化学沉积的方法制备了ZnO／Cu2O异质p-n结,研究了电沉积ZnO,Cu2O的生长机制和ZnO／Cu2O异质结的结构、光学和电学特性。     

新型NO2化学传感器:碳化硅纳米管

气体吸附对碳化硅纳米管的电子结构的影响是理解碳化硅纳米管气敏传感器工作机理的基础.基于密度泛函理论,利用CASTEP软件包计算NO₂气体吸附前后的碳化硅纳米管的结构及其电子结构.结果表明,NO₂气体与碳化硅纳米管间形成了稳定的吸附,并明显的增强了碳化硅纳米管的导电特性.碳化硅纳米管是制备气体传感器的理想材料之一,为开发应用于NO₂气体检测的碳化硅纳米管提供必要的理论支持.     

Theoretical study of ZnO adsorption and bonding on Al_2O_3(0001) surface

Sapphire (α-Al2O3) and silicon (Si) are widely applied as the substrates of the highquality ZnO thin films prepared by pulse laser deposition (PLD) and molecule beamepitaxy (MBE) technology. The adhesion, diffusivity, and bonding of the particles on thesubstrates play a significant role in the forming and initial growing of nucleation for filmgrowth, and directly influence the quality of the entire thin films[1]. No sufficient studiesand experiments are available on the surface atomic str…     

氧分子和苯酚自由基反应机理的理论研究

用密度泛函理论B3LYP方法对氧分子和苯酚自由基反应机理进行了研究.在B3LYP/6-31G(d,p)水平上优化得到了反应路径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率;并在B3LYP/6-311 G(2df,2pd)水平上进行了单点能计算.计算结果表明,苯酚是O2同苯酚自由基Ⅰ反应的主要产物,苯酚过氧自由基Ⅴ和Ⅵ是此反应的次要产物.苯酚过氧自由基Ⅴ的主要后继反应中,环化形成[3.2.1]双环氧桥自由基Ⅶ是主要的反应路径,Ⅶ可以进一步开环反应,形成环裂解产物1,2和1,4二醛.     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法,对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据;而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加,决定带隙宽度的CBM的位置下降,同时VBM的位置上升,从而导致了带隙的变窄,出现了红移现象. 此外,Cd掺杂会使晶胞发生膨胀,这种张应变也是导致Cd 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Cd掺杂ZnO     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构，态密度以及分态密度的计算和比较，发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据；而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加，决定带隙宽度的CBM的位置下降，同时VBM的位置上升，从而导致了带隙的变窄，出现了红移现象. 此外，Cd掺杂会使晶胞发生膨胀，这种张应变也是导致Cd     

双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

Li-N, Li-2N共掺p型ZnO的第一性原理研究

利用密度泛函理论, 计算了本征ZnO, Li-N共掺杂ZnO及Li-2N共掺杂ZnO的电子结构. 计算结果表明, Li-N及Li-2N共掺杂ZnO体系的Fermi能级均不同程度地进入价带顶, 并在Fermi能级附近形成浅的受主能级, 这说明, Li, N原子共掺杂可获得稳定的p型ZnO;与Li-N掺杂ZnO体系相比, Li-2N掺杂ZnO体系进一步提高了体系的载流子浓度, 更有利于获得p型ZnO.     

Theoretical investigation of the thermoelectric transport properties of BaSi2

The full-potential linear augmented plane wave method based on density functional theory is employed to investigate the electronic structure of BaSi 2 . With the constant relaxation time and rigid band approximation,the electrical conductivity,Seebeck coefficient and figure of merit are calculated by using Boltzmann transport theory,further evaluated as a function of carrier concentration. We find that the Seebeck coefficient is more anisotropic than electrical conductivity. The figure of merit of BaSi 2 is predicted to be quite high at room temperature,implying that optimal doping may be an effective way to improve thermoelectric properties.