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.     

MnO2的晶相结构和表面性质对低温NH3-SCR反应的影响

采用水热法合成了两种具有相同形貌但是不同物相结构的MnO₂纳米棒, 分别为隧道状和层状结构, 考察其低温NH₃选择性催化还原NO_x (NH₃-SCR)的性能. 结果表明MnO₂纳米棒的比表面积不是影响活性的主要因素, 催化剂的晶相结构和表面性质对催化活性有很大影响, 隧道状α-MnO₂纳米棒的低温NH₃-SCR活性明显高于层状δ-MnO₂纳米棒. 结构分析和NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)实验表明, α-MnO₂纳米棒的暴露晶面(110)面存在大量的配位不饱和Mn离子, 形成较多的Lewis 酸性位点, 而且α-MnO₂较弱的Mn―O键和隧道结构都有利于NH₃的吸附; 而δ-MnO₂纳米棒的暴露晶面(001)面上的Mn离子已达到配位饱和, 所以其表面Lewis 酸性位点较少. X射线光电子能谱(XPS)和热重(TG)分析表明α-MnO₂纳米棒的表面更有利于NH₃和NO_x的活化. 具有有利于吸附NH₃和活化NH₃和NO_x的表面性质和晶型结构, 是α-MnO₂纳米棒活性高的主要原因.     

金属簇X (X=Pt-Au,Au-Au)负载在(3×2) TiO2(110)完整表面上的覆盖度效应

采用自旋极化密度泛函和广义梯度近似的方法并结合周期平板模型, 探讨了不同覆盖度(θ)下双金 属簇X (X=Pt-Au, Au-Au)在(3×2)TiO₂(110)完整表面上的吸附行为. 另外, 在本文给出的所有覆盖度模式下(θ= 1/6-1 ML), 我们仅研究其基态构型. 计算结果表明: 当θ<1/2 ML时, 金属簇X在TiO₂(110)表面上吸附能随覆盖 度的增加而增加; 当θ>1/2 ML时, 除了饱和覆盖度下, 吸附能随覆盖度的增加而减小; 当θ=1/2 ML时, 吸附能最 大. 即使Pt-Au/TiO₂体系的吸附能比Au-Au/TiO₂体系的小, 但相对于Au-Au 簇, Pt-Au 簇更容易在TiO₂(110)表 面上形成双金属单分子层. 在半覆盖和全覆盖下, X簇的峰与TiO₂的峰在-3.0 eV到费米能级之间产生明显重 叠, 表明簇与底物之间存在化学作用. 且当覆盖度小时, X-TiO₂相互作用是成簇的主要因素; 随着覆盖度的增 大, X-X原子间相互作用就逐渐变成了成簇的主要动力.     

羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性

最近研究表明: 丙酮能与半导体Si(100)表面发生[2+2]环加成和α-H 裂解反应形成相应的Si―C键或Si―O键, 在半导体材料的合成方面具有重要意义. 为进一步弄清不同羰基化合物在Si(100)表面的反应机理,本文应用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311++G(d,p)//6-31G(d)水平上较为系统地研究了一系列羰基化合物CH₃COR (R=CH₃, H, C₂H₅, C₆H₅)与Si(100)表面的反应. 研究结果表明: 不论是[2+2]环加成反应还是α-H 裂解反应都对应较低的反应势垒(小于25 kJ·mol^-1); 环加成反应的势垒比α-H 裂解反应的势垒略高; 羰基上的取代基对反应势垒的影响较少; α-H裂解反应产物为动力学和热力学控制产物; 对丁酮来说, 1-位和3-位H原子的裂解反应都比较容易, 势垒相差很小. 这些结果表明羰基化合物与Si(100)表面的反应将得到多种产物.     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]     

氨和有机胺对羰基硫与α-Fe2O3非均相反应的影响

利用原位漫反射傅里叶红外光谱(DRIFTS), 考察了室温下羰基硫(COS)在经氨气和有机胺预吸附的α-Fe₂O₃上的非均相反应, 并同时比较了氨气和不同有机胺(甲胺、三甲胺、三乙胺、苯胺、吡啶和吡咯)对反应活性的影响及其反应动力学. 结果表明, 经碱性物质预吸附后, COS可在α-Fe₂O₃表面发生氧化反应, 主要产物为气态CO₂、表面HCO₃^-、表面CO₃^2-和表面SO₄^2-, 且α-Fe₂O₃表面预吸附的碱性物质大大提高了COS在α-Fe₂O₃上的反应能力, 在碱性物质的影响中, 甲胺对反应的促进能力最大, 相比纯α-Fe₂O₃反应的反应活性提高了约4.5倍, 然而苯胺和吡咯对COS的反应影响不是很明显.观察到的不同碱性物质对COS的转化能力依次为: 甲胺>三甲胺>氨气>三乙胺>吡啶>吡咯>苯胺≈纯样品, 受碱性物质的影响, COS的反应级数由一级转变为二级. 此外, 研究也发现碱性物质的覆盖度和表面吸附水对COS转化能力存在一定的影响. 这些实验结果表明在碱性物质存在下,表面M―O^-是COS在α-Fe₂O₃发生氧化反应的关键活性位点, 对反应活性的贡献较大, 并在此基础上探讨碱性条件下COS的反应转化机制.     

氧分子在Cu2O(111)表面吸附与解离的理论研究

本文采用密度泛函方法结合周期性平板模型,研究了氧原子和氧分子在完整和存在缺陷的Cu₂O(111)表面的吸附。计算结果表明氧原子倾向于吸附在配位饱和的Cu_CSA位,而对于氧分子,则强烈倾向于吸附在配位不饱和的Cu_CUS位。氧分子在含有氧空位的缺陷表面的优势吸附位为平行吸附于空位上方的桥位。过渡态的计算表明氧分子在缺陷表面的解离是一个活化能很小的放热过程。     

CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料，如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源，它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中，非金属原子X(X=H，O，N，S，P，Si，F，Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄，CO₂，H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中，H和Cl对CH₄的作用较大； N、O、F、Cl对CO₂的作用较强； N，Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说，吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此，在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附，进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情，并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料，如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源，它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中，非金属原子X(X=H，O，N，S，P，Si，F，Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄，CO₂，H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中，H和Cl对CH₄的作用较大； N、O、F、Cl对CO₂的作用较强； N，Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说，吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此，在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附，进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情，并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料,如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源,它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中,非金属原子X(X=H,O,N,S,P,Si,F,Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄,CO₂,H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中,H和Cl对CH₄的作用较大; N、O、F、Cl对CO₂的作用较强; N,Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说,吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此,在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附,进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情,并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

α-Al2O3(0001)表面吸附ZnO的DFT研究

建立了α-Al2O3(0001)2×1表面薄片吸附模型,采用基于DFT动力学赝势方法,对ZnO分子的吸附生长进行了计算.详细地研究了ZnO分子在表面吸附的成键方式以及表面化学键特性.在较稳定的吸附位上,ZnO化学键[(0.185±0.01)nm]与最近邻的表面Al—O键有30°的偏转角度,Zn在表面较稳定的化学吸附位置偏离表面O六角对称约30°.通过吸附能量、原子布居数和态密度的分析,ZnO的O2-与表面上的Al3+形成的化学键表现出强离子键特征;而Zn2+同基片表面O2-形成的化学键有明显的共价键成分.     

Recent developments in the preparation of high surface area metal fluorides

An overview of the main procedures for the preparation of fluorides with very high surface areas is given. Three processes are outlined: (i) plasma fluorination, (ii) sol–gel route and (iii) oxidative decomposition of inorganic precursors. From all three processes nanostructured metal fluorides with 100–400 m² g⁻¹ can be obtained. Prevention of the local overheating during fluorination seems to be the key factor to obtain the high surface area fluorides. TEM investigations of AlF₃ and CrF₃ obtained by oxidative decomposition revealed considerable differences in their morphologies and crystallinity. CrF₃ is completely amorphous and unstable under beam. AlF₃ contains an amorphous phase and nanocrystalline phases of α-AlF₃ and β-AlF₃. Nanocrystals are uniformly distributed within the amorphous phase. Also present are the rod-like nanostructures that consist of β-AlF₃ and are 5–10 nm wide.     

Hydrogen fluoride adsorption and reaction on the α-Al2O3(0001) surface: a density functional theory study

The adsorption and reaction behaviors of HF on the α-Al(2)O(3)(0001) surface are systematically investigated using density functional theory method. By increasing the number of HF molecules in a p(2 × 1) α-Al(2)O(3)(0001) slab, we find that HF is chemically dissociated at low coverage; while both physical and dissociative adsorption occurs at a 3/2 monolayer (ML) coverage. At the same coverage (1.0 ML), diverse configurations of the dissociated HF are obtained in the p(2 × 1) model; while only one is observed in the p(1 × 1) slab due to its smaller surface area compared with the former one. Preliminary fluorination reaction study suggests that the total energy of two dissociated HF in the p(2 × 1) slab increases by 1.00 and 0.72 eV for the formation and desorption of water intermediate, respectively. The coadsorption behaviors of HF and H(2)O indicate that the pre-adsorbed water is unfavorable for the fluorination of Al(2)O(3), which is well consistent with the experimental results. The calculated density of states show that the peak of σ(H-F) disappears, while the peaks of σ(H-O) and σ(Al-F) are observed at -8.4 and -5 to -3 eV for the dissociated HF. Charge density difference analysis indicates that the dissociated F atom attracts electrons, while no obvious changes on electrons are observed for the surface Al atoms.     

NO2在Ag/Pt(110)双金属表面上的吸附和分解

利用俄歇电子能谱(AES)和程序升温脱附谱(TDS)研究了NO₂在Ag/Pt(110)双金属表面的吸附和分解.室温下NO₂ 在Ag/Pt(110)双金属表面发生解离吸附, 生成NO(ads)和O(ads)表面吸附物种. 在升温过程中NO(ads)物种发生脱附或者进一步分解. 500 K时NO₂在Ag/Pt(110)双金属表面发生解离吸附生成O(ads)表面吸附物种. Pt 向Ag传递电子, 从而削弱Pt－O键的强度, 降低O(ads)从Pt 表面的并合脱附温度. 发现能够形成具有稳定组成的Ag/Pt(110)合金结构, 其表现出与Pt(110)-(1×2)相似的解离吸附NO₂能力, 但与O(ads)的结合明显弱于Pt(110)-(1×2). 该AgPt(110)合金结构是可能的低温催化直接分解氮氧化物活性结构.     

A first-principles investigation on interactions between various surface-terminated diamond films

To elucidate the influence of different terminations on diamond surface interaction, the geometry and electronic structures of the diamond films modified by different terminations (H, F, O, NH₂, and OH) are studied by using the first principles method. Strong bonding is formed between the clean diamond surfaces, which suggest an obvious interface interaction. Both H and F terminals have significant effects on the reduction of the interface interactions. Due to the larger difference in electronegativity between C and F, the F termination layer has a higher electron density coverage to give a larger repulsive force. Therefore, the interaction between the F-terminated diamond interfaces is stronger than that between the H-terminated diamond interfaces. The O-terminated diamond surfaces are unstable. The NH₂- and OH-terminals have weak interaction due to the presence of large functional group atoms that leads to an electronic offset.     

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.     

Nb(110)表面氧原子覆盖度对氧分子解离的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Nb(110)表面氧原子覆盖度分别为0.25、0.50、0.75 和1.00单层时对氧分子解离的影响. 结果表明, 在氧原子覆盖度不大于0.50单层时, 由于氧分子和表面铌原子的较强相互作用, 使它们能够自发解离. 然而在氧原子覆盖度为0.75单层时, 氧分子只能够在未占据的洞位附近解离, 同时发生严重的晶格畸变. 在形成一个氧原子单层后(1.00 单层), 氧分子只能弱吸附在Nb(100)表面上,此时氧原子向内扩散成为氧分子继续解离的速率决定步骤. 这些结果从理论上解释了在形成一个氧原子单层后, Nb(110)表面氧分子吸收速率迅速下降的原因.     

Property control of new forms of carbon materials by fluorination

Multiwall carbon nanotubes (MWNTs) based on the template carbonization technique were fluorinated in a temperature range 323-473 K by elemental fluorine. The fluorination of the carbon nanotubes results in functionalization and modification of pristine nanotubes with respect to adsorption and electrochemical properties. Selective fluorination of the inner surface of the carbon nanotubes, brings about a decrease in the surface free energy of the inner surface of the tubes and an increase in colombic efficiency of Li/nanotubes rechargeable cells in an aprotic medium. Electrochemical fluoride-ion doping of fullerene C₆₀ thin films (250-450 nm) was carried out in a fluoride-ion conductive solution, MeCN solution of 1 M Et₄NF·4HF. Galvanostatic oxidation yielded C₆₀F_ca.1-3 where fluorine exists as a semi-ionic species in the cavity surrounded by C₆₀ molecules without forming covalent CF bonds     

氧化铝的水热化学研究IV.α-Al2O3的再水合现象

前面几篇文章分别介绍了拟薄水铝石（Pseudoboehm让e）、薄水铝石（Boehmite）、a一三水铝石（G山bsite）、拜铝石（Bayerite）和诺水铝石（Nordstrandte）脱水产物的再水合现象［‘－’］．至此,几种常见氧化铝水合物在10OOoC以下脱水得到的各类过渡态氧化铝的再水合情况都进