N2分子在UO（100）表面的吸附与解离

运用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)的VWN-BP方法结合周期性平板模型,研究N2在UO(100)表面的吸附.研究表明,N2平行吸附在UO(100)表面穴位为最稳定吸附构型,吸附能为79.0 kJ·mol-1.Mulliken布居分析显示,N2获得电子.吸附后,N-N伸缩振动频率发生红移.波数在1770-2143 cm-1之间.态密度分析表明,U原子将df电子转移至N2的2π轨道.计算所得解离反应的能垒为266.9 kJ·mol-1.     

H2O和OH在UO(100)表面吸附的密度泛函研究

运用密度泛函理论中的广义梯度近似(GCA)的PW91方法结合周期性平板模型,研究了H2O分子和OH在UO(100)表面上的吸附.通过对不同吸附位的吸附能和几何结构参数的计算和比较发现:水分子在UO(100)表面的吸附为化学吸附,水分子平面与UO(100)表面夹角为15°的吸附构型最稳定,吸附能最大,近89 kJ·mol-1.对H2O吸附前后的态密度分析可知,H2O通过其O原子的P轨道与底物U原子的d轨道作用.本文还进一步探讨H2O在UO(100)表面的解离机理.     

水在HfO2(111)和(110)表面的吸附与解离

运用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA-PW91)结合周期平板模型, 研究水分子在二氧化铪(111)和(110)表面不同吸附位置在不同覆盖度下的吸附行为. 通过比较不同吸附位的吸附能和几何构型参数发现:(111)和(110)表面铪原子(top 位)是活性吸附位. 水分子与表面的吸附能值随覆盖度的变化影响较小. 在(111)和(110)表面, 水分子都倾向以氧端与表面铪原子相互作用. 同时也计算了羟基、氧和氢在表面的吸附, Mulliken 电荷布居, 态密度及部分频率. 结果表明, 在两种表面羟基以氧端与表面铪相互作用, 氧原子与表面铪和氧原子同时成键, 而氢原子直接与表面氧原子相互作用形成羟基. 通过过渡态搜索, 水分子在(111)和(110)表面发生解离, 反应能垒分别为9.7和17.3 kJ·mol^-1, 且放热为59.9和47.6 kJ·mol^-1.     

N_2O在Cu/t-ZrO_2(101)表面的吸附与解离

运用广义梯度密度泛函理论结合周期性平板模型方法研究了N2O在完整及负载Cu的四方相ZrO2(101)表面的吸附与解离.结果表明,N2O在完整ZrO2(101)表面的吸附均为物理吸附,Cu在其完整表面的次表层第一氧位为最稳定吸附位,且覆盖度为0.25ML时的吸附最为稳定,吸附能为155.8kJ/mol;N2O分子中O端弱物理吸附于Cu/ZrO2(101)表面,其N端及平行吸附方式得到的稳定吸附能分别为121.6和66.8kJ/mol.频率及电荷布居计算表明,吸附后对称和反对称伸缩振动频率均发生红移,电子由Cu负载底物表面转移给N2O分子.对N2O分子的解离考虑了N端垂直吸附和平行吸附两种解离反应过程,发现平行吸附过程的解离更易发生.     

H2分子在Mg3N2表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法,通过计算表面能确定Mg₃N₂（011）为最稳定的吸附表面,分别研究了H₂分子在Mg₃N₂（011）三种终止表面的吸附性质.研究发现H₂分子平行表面放置更有利于吸附,表面能最低的终止表面Model Ⅱ上吸附H₂分子最稳定,主要存在三种化学吸附方式：第一种吸附方式,H₂分子解离成2个H原子分别吸附在N原子上形成双NH基,这是最佳吸附方式;此时H₂分子与Mg₃N₂表面间主要是H原子的1s轨道和N原子的2s、2p轨道发生作用,N-H之间为典型的共价键.第二种吸附方式中H₂分子部分解离,两个H原子吸附在同一个N原子上形成NH₂基.第三种吸附方式中H₂分子解离成两个H原子,一个H原子和表面N原子作用形成NH基,另一个H原子和表面Mg原子作用形成MgH结构.三种吸附方式不存在竞争关系,形成双NH基的吸附方式反应能垒最低,最容易发生.除此之外H₂还能以分子的形式吸附在晶体表面,形成物理吸附.     

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。     

水分子在立方 ZrO2(110) 面吸附与解离的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论巾的广义梯度近似(GGA)的PW91方法结合周期性平板模型,研究了H2O,OH和O在立方ZrO2(110)面上不同吸附位的吸附.结果表明,在bridge位H2O以垂直底物甲面氢原子向上模式吸附在立方ZrO2(110)而时发牛解离形成表面羟基,吸附能为150.5 kJ/mo1.而在top位H2O以垂直底物平面氢原子向下模式吸附为物理吸附,吸附能为14.8 kJ/mo1.OH和O在立方ZrO2(110)面的最佳吸附位是top位,其吸附能分别为241.5和209.1 kJ/mo1.同时分析了Mulliken布居、态密度和伸缩振动频率.     

H2S在立方ZrO2(110)面的吸附与解离

采用量子化学的密度泛甬理论方法,探讨了H2S、HS和S在立方ZrO2(110)面上不同吸附位的吸附情况.构型优化的结果表明:在bridge位H2S以垂直底物平面H原子向上、垂直底物平面H原子向下、平行底物平面和hollow位H2S平行底物平面模式吸附在ZrO2(110)面发生解离吸附.SH和S的最佳吸附位分别为桥位和顶位.Mulliken布局和态密度分析显示S原子的p轨道与Zr原子的d轨道发生相互作用.通过计算解离反应的能垒,表明H2S分子在立方ZrO2(110)面发生两步解离.     

甲醇在SnO2(110)表面的吸附与解离的理论研究

研究气体分子在固体表面吸附过程的化学和物理性质在气体传感器研究方面有着重要的意义,尤其是一些小分子与氧化物的作用受到人们广泛的关注.SnO2具有特殊的表面性质,是适合用于催化有机物的光催化剂,同时由于SnO2在易燃易爆危险气体和有机物的检测等方面有着特殊而广阔的应用前景,成为化学工作者研究的热点[1-3].     

CO2在α-U(001)表面的吸附和解离

采用广义梯度密度泛函理论研究了0.25ML覆盖度下CO₂在α-U（001）表面上的吸附和解离,得到了CO₂的稳定吸附构型和吸附能,确定了CO₂的解离过渡态和解离能垒,探讨了CO₂与表面U原子的相互作用本质.结果表明CO₂趋向以C（O）-U多键结合方式在α-U（001）面发生强化学吸附,吸附能为1.24-1.67 eV;C-O键的活化程度依赖于表面电子向CO₂发生转移的程度.CO₂与表面U原子的相互作用主要来自于U原子电子向CO₂最低空轨道（LUMO）2π_u转移,以及CO₂π_u/1π_g/3σ_u-U 6d轨道间杂化而生成新的化学键.以形成3个C-U键和6个O-U键模式在穴位1和穴位2上发生吸附的CO₂（H1-C₃O₆和H2-C₃O₆）的解离吸附能分别为3.15和3.13 eV,解离能垒分别为0.26和0.36 eV,预示着吸附CO₂分于易于解离形成CO分子和O原子.     

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.     

NO双分子在Cu2O(111)面吸附与解离的理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期平板模型方法, 在DNP基组下, 研究了NO双分子在三重态和单重态两种电子组态下在Cu2O(111)完整表面的吸附情况. 考虑了Cu+(NO)(NO)、Cu+(NO)(ON)及Cu+(ON)(ON)这三种构型, 计算了它们的吸附能和Mulliken电荷, 分析并预测了吸附后可能产生的物种. 结果表明, 当两个NO分子都以O端吸附在Cu2O(111)表面时即Cu+(ON)(ON)构型, N—N键长很短, 只有124.4 pm, 吸附的两个NO分子形成了二聚体形式, 这种吸附构型有利于进一步离解产生N2或N2O并形成Cu-O表面物种.     

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.     

First-principles Study of Adsorption and Dissociation of Methanol on the Pt(100) Surface

Using first-principles calculations, we studied the interaction of methanol with the Pt(100) surface based on generalized gradient approximation. We found that top sites of Pt(100) surface are the favored adsorptive positions in energy, and methanol molecule interacts with the Pt surface through oxygen atoms. Moreover, we also explored the possible dissociation pathways of methanol on the Pt surface, and suggested that the products of dissociation can be controlled by the external manipulation.     

First-principles Periodic Density Functional Study of CO Adsorption on Spinel-type CuCr2O4 (100) Surface

The catalytic properties of CuCr2O4 with the cubic normal spinel-type structure were discussed by means of studying CO adsorption on the CuCr2O4 (100) surface in the framework of density functional theory. The results of geometry optimization show that CO prefers to adsorb at a Cu site with the adsorption energy of 133.2 kJ/mol. The adsorptions at all sites lead to a decrease in C-O stretching frequency, an increase in C-O bond length and a net positive Mulliken charge for the CO molecule. Population analysis indicates that the charges transfer from the CO molecule to substrate. The density of states for CO molecule before and after adsorption are also computed to discuss the bonding mechanism of CO.     

苯分子在Cu(100)面平板模型上吸附的密度泛函理论研究

使用量子化学中的密度泛函理论和平板周期模型方法，研究了苯在Cu(100)面上的吸附方式和相对稳定性. 计算结果表明，苯在Cu(100)表面的吸附属于较强的化学作用，稳定性穴位优于桥位，顶位吸附最不稳定. 在吸附过程中，C—C键有相对大的伸长，C—H键的键长变化较小，但是偏离苯环平面，并背离固体表面，顶位则是朝向表面. 吸附过程中，发生了电子从苯向铜原子的转移.