第一性原理研究CO在Cu(110)表面的吸附

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,并同时考虑范德华力的作用,计算并分析了CO在Cu(110)表面的吸附情况.结果表明:1)CO在两个表面Cu原子的短桥位位置吸附最强,吸附能为1.28 e V.第二稳定吸附位置为表面Cu原子的顶位,吸附能为1.23 e V.CO在其他两个位置,表面两个Cu的长桥位和表面四个Cu的中心位的吸附要弱一些,约为0.86 e V和0.83 e V.2)在Cu表面吸附的CO的C-O键长有部分拉长,这与较强的吸附能和电荷转移相应.3)电荷分析表明所有吸附的CO整体上从衬底上面获得部分电荷,约为0.2个电荷.     

第一性原理研究CO在Cu(110)表面的吸附

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 并同时考虑范德华力的作用, 计算并分析了CO在Cu(110)表面的吸附情况. 结果表明: 1) CO在两个表面Cu原子的短桥位位置吸附最强, 吸附能为1.28 eV. 第二稳定吸附位置为表面Cu原子的顶位, 吸附能为1.23 eV. CO在其他两个位置, 表面两个Cu的长桥位和表面四个Cu的中心位的吸附要弱一些, 约为0.86 eV 和 0.83 eV. 2) 在Cu表面吸附的CO的C-O键长有部分拉长, 这与较强的吸附能和电荷转移相应. 3) 电荷分析表明所有吸附的CO整体上从衬底上面获得部分电荷, 约为0.2 个电荷.     

基于Z型石墨纳米条带的量子点：第一性原理研究

本文采用全自洽的格林函数和电子密度泛函理论方法对Z型石墨纳米条带的电子结构和输运性质进行了理论研究。理论计算结果表明Z型石墨纳米条带可以用来设计量子点。由于分子结的特殊几何结构，一些分立电子态可以被囚禁在中间纳米条带内，表现出明显量子限域效应。我们还发现这些被囚禁电子态的数目和它们的空间分布特征是可以调制的，然而这种基于Z型石墨纳米条带的量子点总是可以实现，而不受掺杂、边界化学修饰以及分子结长度的影响     

第一性原理研究五氯硝基苯在TiO_2表面吸附

采用基于密度泛函理论的Materials Studio(MS)程序包中的CASTEP程序优化了TiO_2(101)晶面、五氯硝基苯(PCNB)结构和TiO_2(101)对五氯硝基苯的16种吸附结构.计算了最佳吸附位点,吸附能,以及稳定吸附模型的电子结构.研究结果表明:五氯硝基苯中硝基的对位上Cl原子被垂直吸附在TiO_2(101)表面的O原子时吸附能最大,吸附结构最稳定,是TiO_2吸附PCNB的最佳吸附方式,吸附后五氯硝基苯的C-Cl键长变短,其它C—Cl键和C—N键增长,吸附过程为化学吸附.     

基于第一性原理计算Ca掺杂MoS_2对焊接气体的吸附性能

工业焊接的过程中会产生焊接废气例如CO、NO₂和CH₄,这些气体会对工作人员的身心健康造成威胁,为解决这种废气吸附的需求,此文用基于密度泛函理论的第一性原理方法,搭建了Ca掺杂MoS₂的模型,用Dmol3模块研究掺杂后的电子结构,并计算了Ca-MoS₂吸附CO、CH₄和NO₂三种气体的态密度、电荷转移、吸附能、电子密度差等参数.结果表明Ca-MoS₂对于CH₄是一种物理吸附,主要是范德华力作用,而Ca-MoS₂吸附CO和NO₂是一种化学吸附,存在较强的吸附能力.此类掺杂有望制成新的气敏传感器等有益结果,该工作具有一定意义.     

石墨烯纳米片大自旋特性第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的全电子数值轨道第一性原理电子结构计算,研究了各种形状有限石墨烯片段(石墨烯纳米片, GNF)的磁特性,证明GNF的自旋磁有序来源于由其形状决定的π键拓扑挫折(topological frustration)作用.锯齿形边缘的三角形GNF的净自旋不为零,如同一个人造铁磁性原子团,总自旋随尺度线性增加.根据拓扑挫折原理,可以在GNF中引入较大的净自旋和独特的自旋分布,如由三角形GNF单元构成的复杂分形结构,总自旋随分形级数呈指数上升.通过刻蚀技术制作具有一定拓扑结构的GNF可以实现可控自旋电子纳米材料和器件应用.     

基于第一性原理计算Mn掺杂MoS2对油中溶解气体的吸附性能

CO、C₂H₂、CH₄是溶解在变压器油中的典型故障特征气体,其种类和浓度能够反映油浸式变压器绝缘故障的不同类型和严重程度,进行油中溶解气体分析是在线检测变压器运行状态的重要方法.基于第一性原理,通过Mn-MoS₂单层对三种气体的吸附能、转移电荷、态密度和形变电荷密度等参数以及解吸性能分析和灵敏度计算,提出了一种基于Mn-MoS₂材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法.结果表明Mn-MoS₂对CH₄是物理吸附,对CO和C₂H₂是化学吸附.对于Mn-MoS₂来说,CH₄在常温下吸附能力差且灵敏度低,CO在不同温度下均有较强的吸附能力,而C₂H₂在常温下吸附稳定,高温下易解吸且响应灵敏度高.因此,Mn掺杂的MoS₂体系可预期作为CO的气体吸附剂和检测C₂H     

CoSi电子结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性扩展平面波法，首先对CoSi的晶胞参数进行优化计算，CoSi多粒子系统的最低能量为-134684297Ry，此时其晶胞处于最稳态，与最稳态对应的晶胞体积V0等于5899360a.u.3,晶胞参数为a=b=c=04438nm；然后计算了优化后的CoSi的电子结构及Si侧Al掺杂的CoSi075Al025的电子结构并分析了两者的电子结构特征，计算的CoSi电子能态密度与已有的计算结果整体形貌相同，但存在局部差异，Al掺杂后费米面发生了偏移；最后探讨了两者的电子结构对热电性能的影响，Al掺杂可提高CoSi的材料参数B，因此有望提高其热电性能. 关键词： 第一性原理 电子结构 热电性能     

第一性原理研究氧空位对Ag在MgO(001)面吸附的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,应用Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP),计算了氧空位对Ag原子在MgO(001)面吸附的影响．通过成键过程中电荷密度的变化以及电荷转移的讨论,从原子尺度上分析了MgO(001)面空位点Fs和Fs+对其吸附、聚集与成核属性的影响以及吸附的能量属性.结果表明,相对清洁的MgO表面而言,Ag原子吸附在O空位时,能够更牢固地与MgO表面结合,并吸引更多的Ag原子聚集在一起,形成一个个独立的Ag原子岛.     

基于第一性原理计算IrSb压力相变

基于第一性原理并结合粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法,研究在0～100 GPa压力下,过渡金属铱和类金属锑组成的化合物IrSb的相变行为和物理性质。研究发现:在常压下,具有立方结构α-IrSb相的空间群为P63/mmc,与实验结果一致;在压力为16.4 GPa时,发现了一种新型立方结构β-IrSb相,其空间群为C2/c;在76.5～100 GPa压力范围内,其稳定结构为空间群是P-1的γ-IrSb相。声子色散关系计算结果表明:α-IrSb相、β-IrSb相和γ-IrSb相在各自的布里渊区没有出现虚频,具有动力学稳定性。计算得出3个相的形成焓均小于零,说明3个相均具有热力学稳定性。能带结构计算结果表明:3个相的晶体结构在费米面附近导带和价带均发生交叠,3个相均呈现金属性。计算并讨论了各相的电荷转移情况,研究发现:Ir原子是受主,Sb原子是施主,电荷从Sb原子向Ir原子转移。     

新型石墨插层化合物HfC2结构与性质的第一性原理研究

在高压下,预测一种新型石墨插层化合物HfC₂.采用第一性原理方法对其在0 GPa下的结构和性质进行研究,分别采用GGA-PBESOL、GGA-PW91和LDA方法进行结构优化,得到的晶体学数据基本相同.弹性常数和声子谱计算证实其力学和晶格动力学稳定性,表明HfC₂在0 GPa下能够稳定存在.采用GGA-PBESOL方法计算得到HfC₂的体模量和剪切模量达到265 GPa和118 GPa,Pugh比k<0.57,是一种具有高体模量的韧性材料.HfC₂存在C-C、Hf-C共价作用,且具有金属特性和特殊层状结构,是其具有高体模量和韧性的原因.最后,对HfC₂在0~500 GPa内的键长、体模量、剪切模量、k值等进行研究,探索其力学性质随压力变化的规律.     

一氧化碳的太赫兹时域光谱研究

以飞秒激光为基础的太赫兹时域光谱技术是一种新型的相干远红外光谱测量技术。文章首次利用太赫兹时域光谱技术测量了一氧化碳气体在0.2～2.5太赫兹频谱范围内的吸收光谱。实验结果表明,一氧化碳在此波段有明显的特征吸收峰,峰值位置与理论计算得到的结果有很好的一致性。随着压强的减小,吸收峰变尖锐。研究一氧化碳的太赫兹吸收光谱特性,对于快速、准确检测环境中有害气体以及排除安全隐患具有重要意义。     

乙酰辅酶A合成酶/一氧化碳脱氢酶的EPR研究

来源于厌氧微生物的乙酰辅酶A合成酶/一氧化碳脱氢酶(ACS/CODH)含有金属Ni和Fe所组成的多达7个金属簇中心,能够催化CO和CO₂的可逆氧化还原,并利用CO/CO₂和H₂作为碳源和能源合成乙酰辅酶A. 近年来,随着全球能源危机和温室效应等环境问题的加重,这类金属蛋白酶的研究日益成为人们关注的热点. 电子顺磁共振光谱(EPR)作为一种研究金属价态和配位结构的有效技术,从20世纪80年代开始便被广泛地应用到该酶的研究中. 该文将从ACS/CODH的各个金属簇中心入手,介绍每个金属中心的结构、功能和EPR研究.     

Working Mechanism of a BC_3 Nanotube Carbon Monoxide Gas Sensor

Carbon and BN nanotubes have previously demonstrated extreme sensitivity to several molecules, but they cannot be used to detect highly toxic molecules of CO. In this work, we examine the possibility of a BC3 nanotube (BC3NT) as a potential gas sensor for CO detection by using density functional theory calculations. It is found that CO molecule can be absorbed on B and C atoms of BC3 NT wall with adsorption energies in the range of 1.0 to 25.9 kcal/mol and it can donate finite charge to the tube. By comparing the HOMO/LUMO energy gaps of the bare and CO adsorbed nanotubes, we deduce that molecular CO can induce significant change in the electrical conductivity of the tube. The conductivity change can generate an electrical signal, which might be useful for CO detection.     

Working Mechanism of a BC3 Nanotube Carbon Monoxide Gas Sensor

Carbon and BN nanotubes have previously demonstrated extreme sensitivity to several molecules, but they cannot be used to detect highly toxic molecules of CO. In this work, we examine the possibility of a BC₃ nanotube (BC₃NT) as a potential gas sensor for CO detection by using density functional theory calculations. It is found that CO molecule can be absorbed on B and C atoms of BC₃NT wall with adsorption energies in the range of -1.0 to -25.9 kcal/mol and it can donate finite charge to the tube. By comparing the HOMO/LUMO energy gaps of the bare and CO adsorbed nanotubes, we deduce that molecular CO can induce significant change in the electrical conductivity of the tube. The conductivity change can generate an electrical signal, which might be useful for CO detection.     

石墨表面吸附钾系统电子性质的理论研究

基于集团模型电荷自洽的EHT(Extended Hückel Tneory)方法对K在石墨(0001)表面吸附态进行了优化计算.在3种不同的覆盖度(Θ)下,对k-石墨系统的电荷转移量△Q、吸附能△E、态密度PDOS和TDOS、Mulliken集居数和成键性质进行了比较.认同K/石墨吸附系统是石墨插层化合物(GIC)的雏型.并用LMTO方法对KC₈完成电子结构的第一性原理研究,得到与EHT完全一致的结果:K4s-Ca杂化态主要位于低能区域远离费米能级,构成反键轨道其电子转移到费米能级附近K3d-Cπ成键的杂化轨道上.空的3d轨道在目前EHT方法和LMTO方法计算中扮演了关键角色.这与其他文献K-4s态处在EF能级的结果不同,但与早期Fischer(1984),Johnson(1986)XPS,ARUPS的实验结果吻合.     

Ar离子溅射生成碳纳米管

用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TE),研究了离子溅射石墨表面的形貌特征和结构,证实了碳纳米管可通过溅射原子在表面形貌突起部位沉积生长.     

Density functional theory investigation of carbon monoxide adsorption on the kaolinite(001) surface

Carbon monoxide(CO) is a gaseous pollutant with adverse effects on human health and the environment. Kaolinite is a natural mineral resource that can be used for different applications, including that it can also be used for retention of pollutant gases. The adsorption behavior of carbon monoxide molecules on the(001) surface of kaolinite was studied systematically by using density-functional theory and supercell models for a range coverage from 0.11 to 1.0 monolayers(ML). The CO adsorbed on the three-fold hollow, two-fold bridge, and one-fold top sites of the kaolinite(001) was tilted with respect to the surface. The strongest adsorbed site of carbon monoxide on the kaolinite(001) surface is the hollow site followed by the bridge and top site. The adsorption energy of CO decreased when increasing the coverage, thus indicating the lower stability of surface adsorption due to the repulsion of neighboring CO molecules. In addition to the adsorption structures and energetics, the lattice relaxation, the electronic density of states, and the different charge distribution have been investigated for different surface coverages.