W(100) c(2×2)表面的STM图像

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了W(100) c(2×2)再构表面的表面弛豫以及扫描隧道显微镜(STM)图像和衬底偏压的关系. 计算所得到的表面原子沿[-110]方向的畸变位移δ为0.027 nm, 畸变能⊿E为80.6 meV·atom-1, 表面原子的弛豫分别为-7.6%(⊿d12/d0)和+0.8%(⊿d23/d0), 功函数Φ为4.55 eV. STM图像模拟表明, 由于表面原子沿[-110]方向的位移, 会导致出现平行于[110]方向的亮暗带状条纹. STM图像中突起所对应的并不是表面或次表面的钨原子, 而是zig-zag型W 原子链中线位置; 而STM暗区对应于原子位置畸变形成的相邻zig-zag型W原子链中间区域. 当衬底负偏压时, STM针尖典型起伏高度大约在0.008-0.013 nm之间; 而当衬底正偏压时, 针尖起伏高度在0.019-0.024 nm之间变化.     

W（100）c（2×2）表面的STM图像

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了W000）c（2×2）再构表面的表面弛豫以及扫描隧道显微镜（STM）图像和衬底偏压的关系．计算所得到的表面原子沿[110]方向的畸变位移δ为0．027nm,畸变能△E为80．6meV·atom^-1,表面原子的弛豫分别为-7．6％（△d12/d0）和＋0．8％（△d23/d0）,功函数西为4．55eV．STM图像模拟表明,由于表面原子沿[110]方向的位移,会导致出现平行于[110]方向的亮暗带状条纹．STM图像中突起所对应的并不是表面或次表面的钨原子,而是zig-zag型W原子链中线位置;而STM暗区对应于原子位置畸变形成的相邻zig-zag型W原子链中间区域．当衬底负偏压时,STM针尖典型起伏高度大约在0．008-0．013nm之间;而当衬底正偏压时,针尖起伏高度在0．019—0．024nm之间变化．     

Rh（100）c（2×2）Mn表面合金的氧化和吸附CO的研究

用高分辨电子能量损失谱 ( HREEL S) ,研究了 Rh( 10 0 ) c( 2× 2 ) Mn表面合金的氧化及 CO在清洁和氧化表面合金上的吸附 .结果表明 ,在 Rh( 10 0 ) c( 2× 2 ) Mn氧化过程中 ,发生 Mn的偏析 ,Mn被氧化生成 Mn O薄层 .Mn- O- Rh间的强相互作用 ,使部分锰氧化物在 12 0 0 K下存在于 Rh( 10 0 )表面 .若这种表面在 70 0～ 80 0 K继续被氧化 ,可得到 Mn O1 + x/ Rh( 10 0 ) ;Mn O1 + x/ Rh( 10 0 )在 5 0 0～ 60 0 K还原后生成 Mn O/ Rh( 10 0 ) . CO吸附于Rh ( 10 0 ) c( 2× 2 ) Mn中 Rh原子的顶位 ,C- O键级比清洁 Rh( 10 0 )顶位吸附的 CO键级略低 . Mn O/ Rh( 10 0 )和Mn O1 + x/ Rh( 10 0 )上 CO吸附于经还原的、未被锰氧化物覆盖的 Rh( 10 0 )区域 ,CO与锰氧化物间可发生相互作用 .     

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。     

甲醇在FeS2(100)完整表面的吸附和分解

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期平板模型方法, 研究了甲醇分子在FeS₂(100)完整表面的吸附与解离. 通过比较不同吸附位置的吸附能和构型参数发现: 表面Fe位为有利吸附位, 甲醇分子通过氧原子吸附在表面Fe位, 吸附后甲醇分子中的C―O键和O―H键都有伸长, 振动频率发生红移; 甲醇分子易于解离成甲氧基CH3O和H, 表面Fe位仍然是二者有利吸附位. 通过计算得出甲醇在FeS₂(100)表面解离吸附的可能机理: 甲醇分子首先发生O―H键的断裂, 生成甲氧基中间体, 继而甲氧基C―H键断裂, 得到最后产物HCHO和H₂.     

Cu(100)表面HCOO对CO2吸附的稳定作用

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)(DFT-GGA)并结合平板模型, 研究了CO2在HCOO 修饰Cu(100)表面的吸附行为. 计算结果表明, 与清洁Cu(100)表面相比较, CO2在HCOO修饰的Cu(100)表面的吸附强度增强, 其线性对称性不存在. 究其原因可归结为HCOO的存在使CO2分子带有部分极性, 从而使其与Cu(100)表面的作用增强.     

H2O在Cu(100)表面吸附的从头算研究

用量子化学从头计算方法,以原子簇Cu₅为模拟表面,研究了水在Cu(100)面上不同吸附位的吸附情况,结果表明:水分子通过氧原子与表面成键,顶位是其最佳吸附位,吸附能约为70kJ/mol,平衡距离为0.213nm,氢原子远离表面.在氧原子不加极化函数时,水分子的二次轴垂直于表面时能量最低,但倾斜至50°所需能量仅在10kJ/mol以内.当考虑O原子d轨道的影响时,水分子倾斜时能量较低,得到了与实验相符的吸附构型.另外还研究了表面电荷对吸附体系的影响,结果表明:表面带正电荷时,水与表面间的相互作用增强,水上所转移电荷增多,Cu-O间平衡距离减小;表面带负电荷时,情况与之相反,且氢原子靠近表面时,势能曲线有最低点.     

Adsorption and Reaction of CO on Mo(100)-c(2×2)-N Surface Studied by HREELS

Molybdenum nitrides have attracted significant attention recently due to their uniquephysical and chemical properties. Many studies have shown that Mo,N is an activecatalyst for CO hydrogenation. The fundamental understanding concerning the reactionmechanisms over Mo=N. however, is not well established. The powerful surface sciencetechniques may provide an insight into the surface structure and properties of such animportant catalytic material. In previous paper', we described the results o…     

Cu(100)表面吸附CN的密度泛函研究

采用密度泛函方法,以原子簇Cu14为模拟表面,对CN自由基分子在垂直和平行Cu(100)表面不同位置的吸附情况进行了研究,结果表明：通过原子C垂直吸附在表面的顶位是其最佳吸附方式,吸附后CN键振动频率发生蓝移;而其它吸附方式中CN键振动频率均发生红移．DOS和电荷转移分析指出CN通过C端吸附在表面顶位位置时,Cu与CN之间具有较强的σ成键和较弱的π反键特征．     

CN在 Pt(100)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函方法,以原子簇Pt14为模拟表面,对CN自由基分子在Pt(100)表面上不同吸附位的吸附情况进行了研究.结果表明,CN分子吸附在Pt(100)面上时,通过原子C垂直吸附在表面顶位是其最佳吸附方式,CN键振动频率明显发生蓝移,与实验事实相吻合;而在桥位及四方穴位吸附时CN键振动频率均发生红移.吸附前后,CN分子的σ、π电子与底物间的电荷转移的差异决定了CN键振动频率的不同变化.     

CeO2(111)和CeO2(100)的界面调控合成及在Pt(111)上的结构转变

氧化铈基催化材料在催化反应中存在显著的晶面效应,为了在分子尺度上理解其催化化学,需要可控合成具有明确表面结构的氧化铈.因此,我们研究了Pt(111)上氧化铈纳米结构和薄膜的生长.人们通常使用金属-氧化物之间的强相互作用来解释Pt/CeO_x催化剂上的催化过程,然而对于Pt与CeO_x之间的强相互作用仍旧缺乏原子尺度上的了解.我们的结果表明, Pt与氧化铈之间的相互作用可以影响氧化铈的表界面结构,这可能会进而影响Pt/CeO_x催化剂的性质.在Pt(111)上生长的氧化铈薄膜通常暴露CeO_2(111)表面.我们发现Pt(111)表面厚度在三层以内的氧化铈薄膜,其结构是高度动态且随着退火温度升高而变化的,这种动态结构变化可归因于Pt和氧化铈间的界面电子作用.当氧化铈薄膜的厚度增大到三层以上,其负载的氧化铈团簇开始表现出迥异于三层以下氧化铈纳米岛的优异的热稳定性,表明Pt与CeO_x之间的界面电子作用主要影响厚度在三层以内的氧化铈纳米结构.采用常规的反应沉积方法难以获得完全覆盖Pt(111)衬底的规整氧化铈薄膜,而我们通过采取一种两步的动力学限制生长方法,制备出了完全覆盖Pt(111)衬底的氧化铈薄膜.对于Pt(111)上厚度约为3-4层的氧化铈薄膜,在超高真空中于1000 K退火会导致氧化铈薄膜表面形成CeO_2(100)结构.这是因为高温还原促进了c-Ce_2O_3(100)缓冲层的形成,该缓冲层被Pt的界面电子转移以及相匹配的超晶格所稳定,并进一步成为顶层CeO_2(100)结构生长的模板.进一步在900 K的氧气中处理则可将薄膜CeO_2(100)表面完全转变为CeO_2(111)表面.因此, Pt(111)上氧化铈纳米岛和薄膜所展现的结构动态变化是由Pt-CeO_x界面作用与氧化铈层间作用相互竞争所决定.本研究提供了对氧化铈负载Pt催化剂的原子级理解,虽然Pt/CeO_2催化剂活性增强的原因常被简单归结于界面强相互作用,我们的研究在原子尺度上进一步表明Pt/CeO_2在还原条件下易形成界面Ce_2O_3层.此外,本研究提供了不同晶面二氧化铈模型催化剂的构筑方法,可将对氧化铈晶面效应和Pt/CeO_x催化剂的研究推进到分子尺度.     

Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

A novel model was developed to theoretically evaluate the O2 adsorption on H-terminated Si(001)-(2*2*1) surface. The periodic boundary condition, the ultrasoft pseudopotentials technique based on density functional theory (DFT) with generalized gradient approximation (GGA) functional were applied in our ab initio calculations. By analyzing bonding energy on site, the favourable adsorption site was determined. The calculations also predicted that the adsorption products should be Si=O and H2O. This theoretical study supported the reaction mechanism provided by Kovalev et al. The results were also a base for further investigation of some more complex systems such as the oxidation on porous silicon surface.     

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     

固体表面吸附分子及其振动——Cu(100)Co-c(2×2)体系的研究

A method is proposed to calculate vibrational frequencies and intensities of an adsorbed molecule system with P2mm or P4 symmetry. The method can be used if the system can be considered as a group of coupled oscillators with one freedom per oscillator. The stretch vibrations and lateral interactions of CO molecules adsorbed on Cu(100) face are studied by means of this method. The calculated results show that the lateral force constants have a strong dependence on interaction range assumed. The size effects on vibrational frequencies of adsorbed system are also examined. The results given here are to be expected.     

Na(110)和Na2O(111)表面弛豫的研究

We have studied the relaxation of Na(110) and Na_2O(111) surfaces with LEED, and found that the best agreement between theory and experiment in such a structure, the surface layer distance d=0.291±0.01 nm (contracted 0.34%±0.01 nm) [for Na(110)]; and the three atomic surface layer distances d_1=0.117±0.01 nm (expanded 4.63%±0.01 nm), d_2=0.161±0.01 nm(expanded 0.063%±0.01 nm) and d_3=0.086±0.01 nm (expanded 0.75%±0.01 nm) [for Na_2O(111)].     

CO在Sm/Rh(100)模型表面上的吸附与反应

应用AES,LEED,XPS和TDS研究了Rh(100)上Sm膜和Sm/Rh表面合金以及CO在这两类模型表面的吸附与反应.室温下Sm在Rh(100)上的生长遵从SK模式,Sm膜经900K高温退火后可形成有序表面合金.在室温制备的Sm膜/Rh(100)表面上,室温下CO在Sm上的吸附改变了表面结构,生成SmOx和表面碳.随着Sm覆盖度的增加,低温脱附峰(α-CO)面积迅速下降,且峰温向高温方向位移;表明Sm的空间位阻和电子效应同时起作用.在Sm/Rh合金表面上,CO在约590K出现新的脱附峰,可归属为受Sm电正性修饰的Rh原子上的CO脱附峰     

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.     

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。     

Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面吸附结构的总能计算

采用密度泛函理论(DFT)研究了氧吸附后Pt/Cu(001)表面合金的原子结构和表面性质.计算结果表明,在Pt/Cu(001)-p(2×2)-O表面最稳定结构中,衬底表面原子层不发生再构,氧原子吸附于4重对称的Pt原子谷位,每个氧原子吸附能约为2.303 eV.吸附结构的Cu-O和Pt-O键键长分别为0.202和0.298 nm,氧原子的吸附高度Zcu-O约为0.092 nm.吸附前后Pt/Cu(001)-1ML(monolayer)表面合金的表面功函数分别为4.678和5.355 ev.吸附表面氧原子和衬底的结合主要来自氧原子2p轨道和衬底金属原子d轨道的杂化作用,氧原子吸附形成的表面电子态主要位于费米能级以下约-2.7 eV处.     

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.