Mg取代对LiBH4（010）面结构和储氢性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Mg取代Li原子对LiBH4(010)面的晶体结构、H原子解离能及H原子迁移的影响.结果发现,Mg取代后B—H键长增大,更易于H原子的解离.氢空位的出现也使其附近H原子的解离能减小.电子结构计算结果表明,Mg取代Li原子后,减弱了B—H之间的共价作用.通过对氢原子在[BH4]单元之间扩散能垒的计算发现,Mg取代Li原子后,H原子的扩散能垒由4.84 eV降为3.01 eV,表明H原子在体相内更容易迁移.     

H_2在δ-Pu(100)表面吸附的第一原理研究

采用密度泛函理论结合平板周期性模型研究了H2在δ-Pu(100)表面的吸附行为.结果表明,H2在该表面最稳定的吸附方式为洞位垂直吸附,吸附能为0.183eV,距离表面最近的H原子与表面垂直距离为0.378nm.吸附的H2分子的键长增加、H—H键伸缩振动频率的红移都不明显.只有极少量电子从第1层的Pu原子流向H2分子,吸附引起的表面功函增加也不明显.这说明δ-Pu(100)面分子态H2的吸附属于较弱的物理吸附.讨论了离解吸附的热力学可能性,H2分子的吸附趋向于离解成2个原子态H的吸附,离解后的H原子优先吸附于洞位,此时吸附为较强的化学吸附.     

化学链重整过程中LaFeO3载氧体的CH4部分氧化反应机理研究

本研究基于密度泛函理论(DFT)计算揭示了化学链重整过程中LaFeO₃载氧体的CH₄部分氧化反应机理,通过系统研究CH₄吸附活化、H₂和CO形成以及氧扩散等基元反应步骤,构建了CH₄部分氧化反应网络。研究发现,CH₄发生逐步脱氢反应形成H原子,其中,CH₃脱氢反应所需要克服的能垒(1.50 eV)最高,是CH₄逐步脱氢反应的限速步骤。载氧体表面H₂形成有两种路径,其中,H原子从O顶位迁移到Fe顶位,然后与另外O顶位的H原子成键形成H₂分子是主要途径。由于其相对较低的能垒(1.27 eV),CO的形成过程较易发生。氧扩散需要克服1.35 eV的能垒,表明氧扩散过程需要在高温下进行且扩散速率较低。通过比较各基元反应能垒,发现H₂形成是LaFeO₃载氧体CH₄部分氧化反应动力学的限速步骤,而H迁移是限制H     

CO在δ-Pu(111)面吸附行为的周期性密度泛函理论研究

利用量子化学中的密度泛函理论结合周期模型方法研究了CO分子在δ-Pu(111)面的吸附行为.通过对不同吸附位置的吸附能和平衡几何结构比较发现,CO分子在δ-Pu(111)面的吸附C端吸附比O端吸附更有利,属于较强的化学作用,最稳定的吸附方式为心式垂直吸附,桥式次之,顶式最不稳定.心式垂直吸附的吸附能为-1.236 eV,C原子吸附位距离Pu表面0.212 2 nm,C-O键长0.120 8 nm.CO与Pu配位数目是决定化学吸附的主要因素,配位的Pu原子数目越多,化学成键越稳定.Mulliken电荷分析表明CO和Pu表面的作用主要发生在第一层,另外两层几乎没有影响.     

O_2在α-U(001)面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期性平板模型,计算了O2在α-U(001)表面吸附的几何和电子结构,并对H2、O2的吸附特性进行了对比分析。结果表明:O2分子在α-U(001)面上呈强解离化学吸附,吸附能为9.54～10.22eV,O-O距离较大的D+D-II构型最为稳定;吸附后表层U原子向上迁移,同时伴随着褶皱的产生;解离O原子与表面U原子的相互作用主要是离子键合,伴随着较弱的源于U5f/6d-O2p轨道杂化的共价键合;O原子的扩散能垒小于0.3eV,易于在U表面扩散迁移;O2分子在U表面的吸附强度较H2分子要大得多,对U表面结构的影响也更加显著。     

双空位缺陷双层石墨烯储钠性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的色散修正方法,研究了Na吸附和嵌入在双空位缺陷(DV)双层石墨烯(BLG)体系中的形成能、电荷转移、电极电势和扩散行为。形成能计算表明,无论单个Na原子在BLG表面吸附还是层间嵌入,均在DV空位中心处更稳定。电荷密度分布和Bader电荷计算表明Na与BLG的结合方式表现出离子性。Na嵌入DV缺陷BLG层间,缺陷浓度增加使BLG由AB堆垛向AA堆垛转变过程推迟;使Na在DV缺陷BLG的表面和层间能够稳定储钠的容量之和增至262.75 mAh?g~(-1),对应浓度Na与C摩尔比为2:17,储钠浓度继续增加,Na在BLG表面吸附容易产生枝晶或团簇。当层间嵌入Na原子时,表面Na原子向DV缺陷中心方向扩散能垒减小、表面Na原子沿相反方向的扩散能垒增加,DV缺陷的存在提高了BLG表面捕获Na的能力。     

锰团簇Mn5和Mn6结构与磁性的分析

用密度泛函方法对过渡金属Mn₅, Mn₆的各种可能构型, 在PW91/ZoraTZ2P水平上进行了理论研究. 计算结果表明: 构型是自旋变化、磁性的敏感因素, Mn₅最稳定构型为弱铁磁性的三角双锥体(磁矩为3, D_3h). Mn₆的最稳定构型为铁磁性的畸变八面体(磁矩为16, C_4v). 各种异构体虽然多重度不同, 但每个原子的自旋极化度均在3以上. 构型稳定与否取决于原子间的交换耦合作用, 而原子间的这种作用又与自旋极化度的方向、大小息息相关.     

Pt原子在y-Al203(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y-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y-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y-Al2O,(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.     

Fe原子吸附对单层WS_2结构和性质的影响

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了Fe原子吸附对单层WS_2结构和性质的影响。研究结果表明:Fe原子吸附在W原子的顶位最稳定,相应的原子吸附能为1.84 eV。Fe与衬底间的相互作用削弱了紧邻W―S键,使其键长增大0.011 nm。由于衬底原子的影响,Fe原子d轨道的电子重新分布,形成了2μB左右的局域原子磁矩。在低覆盖度下(0.125和0.25 ML),磁性作用以超交换作用为主,铁磁序不稳定。而在高覆盖度下(0.5和1.0 ML),Fe原子间距减小,磁性作用以RKKY作用为主,铁磁序稳定。电子结构的计算结果显示,在高覆盖度下,Fe/WS_2结构在费米能级处的电子自旋极化率等于100%。自旋向上与向下通道分别为间接带隙的半导体和金属。在1.0 ML覆盖度下,自旋向上的禁带宽度约为0.94 eV。这说明Fe原子吸附可以将直接带隙的WS_2半导体转变成半金属,形成一种潜在的自旋电子器件材料。     

First-principles study of the mechanism of carbon deposition on Fe(111) surface and subsurface

使用密度泛函方法对C原子在Fe(111)表面吸附团聚和次表层的吸附扩散进行了研究.在炭覆盖度θc＜1ML时,C主要以孤立的原子态存在并导致表面重构;1ML≤θc≤2ML,“mC2+nC”为主要的吸附形式;θc≥2ML时,复杂的吸附形态比如碳链和岛状碳团簇开始生成.这些复杂岛状碳团簇是Fe(111)表面石墨沉积或碳纳米管生长的成核中心.在次表层,C原子在八面体位稳定存在.C在表面的迁移能垒为0.45eV,由表面迁移到次表面的的能垒为0.73eV.虽然C2团簇的生成是热力学有利的,但是C向次表层的迁移动力学上占优.     

甲硫醇在Cu(111)表面的解离吸附: 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Cu(111)表面的吸附反应.系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的一系列构型, 第一次得到未解离的CH₃SH分子在Cu(111)表面顶位上的稳定吸附构型,该构型吸附属于弱的化学吸附, 吸附能为0.39 eV. 计算同时发现在热力学上解离结构比未解离结构更加稳定. 解离的CH₃S吸附在桥位和中空位之间, 吸附能为0.75-0.77 eV. 计算分析了未解离吸附到解离吸附的两条反应路径, 最小能量路径的能垒为0.57 eV. 计算结果还表明S―H键断裂后的H原子并不是以H₂分子的形式从表面解吸附而是以与表面成键的形式存在. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S―H键断裂后S原子和表面的键合强于未断裂时S原子和表面的键合.     

InSb的Li替位形成能的从头计算

采用基于平面波展开的第一原理赝势法计算了锑化铟在锂替位到铟位置时的各种情况下的形成能与电子结构,讨论了锂替位的体积变化,电荷分布、能带结构及电子态密度等性质.结果表明,对于闪锌矿结构的InSb,锂的各种替位形成能大致在每个锂原子-2.2eV左右.该结果表明,不可能在嵌入初期Li插入到间隙位置之前发生替位反应,与实验结果一致.     

ZnFe2O4中阳离子分布对苯酚H2O2羟化制苯二酚催化活性的影响

具有尖晶石结构的铁酸盐是苯酚H2O2羟化合成苯二酚的有效催化剂.分别用共沉淀和水热法制备了ZnFe2O4,并用Mossbauer,XRD和ESR等方法予以表征.发现不同方法制备的ZnFe2O4中阳离子在四面体和八面体位置的分布不同,认为阳离子分布影响了催化活性.     

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.     

Pd掺杂对ZnO(1120)面上水解离的影响

采用密度泛函理论计算研究了清洁的以及Pd掺杂的ZnO(1120)面上水分子的吸附和解离.结果表明,在清洁ZnO(1120)上,水分子倾向于分子吸附,解离吸附较为困难.在Pd掺杂的ZnO上,水分子仍倾向吸附在Zn原子上,且吸附能与其在清洁ZnO表面的相当.然而,Pd的掺杂可增强水解离产物OH和H的吸附,从而显著提高了水的解离活性,相应的水解离能垒为0.36eV,放热0.21eV.     

锰团簇Mn5和Mn6结构与磁性的分析

用密度泛函方法对过渡金属Mn₅, Mn₆的各种可能构型, 在PW91/ZoraTZ2P水平上进行了理论研究. 计算结果表明: 构型是自旋变化、磁性的敏感因素, Mn₅最稳定构型为弱铁磁性的三角双锥体(磁矩为3, D_3h). Mn₆的最稳定构型为铁磁性的畸变八面体(磁矩为16, C_4v). 各种异构体虽然多重度不同, 但每个原子的自旋极化度均在3以上. 构型稳定与否取决于原子间的交换耦合作用, 而原子间的这种作用又与自旋极化度的方向、大小息息相关.     

Ru掺杂对Fe催化剂上酚类化合物加氢脱氧影响的密度泛函理论研究北大核心CSCD

采用密度泛函理论(DFT)计算研究了苯酚、邻甲酚、愈创木酚在不同结构Ru-Fe(211)表面上吸附活化性能和加氢脱氧反应路径.结果表明,Ru掺杂能促进H2分子在Fe(211)表面上解离,提高加氢脱氧反应速率.酚类在1Ru_(ads)-Fe(211)表面上吸附比在1Ru_(sub)-Fe(211)表面上更稳定,苯酚和邻甲酚脱羟基步骤能垒分别降低0.13和0.28 eV,有利于生成芳烃.愈创木酚在1Ru_(sub)-Fe(211)表面上加氢脱氧优势路径是先脱甲氧基生成苯酚,苯酚再加氢脱氧生成产物苯(速控步骤能垒1.16 eV);而在1Ru_(ads)-Fe(211)表面上愈创木酚先脱羟基再脱甲基生成苯酚的路径更具有动力学优势(速控步骤能垒1.21 eV).计算结果表明Ru掺杂方式影响Fe催化剂对酚反应分子的吸附稳定性以及加氢脱氧反应路径和性能.与1Ru掺杂Fe(211)催化剂相比,增加Ru原子数形成4Ru_(ads)-Fe(211),能够进一步提高酚类反应物的吸附强度,但导致加氢脱氧反应能垒升高.因此,在Fe催化剂上以表面吸附的形式掺杂少量贵金属Ru更利于酚类加氢脱氧生成芳烃.     

13顶点金属碳硼烷结构和非线性光学性质的DFT研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G(d)方法,对4,1,6-MC2B10H1213顶点金属碳硼烷几何构型进行优化,结合有限场(FF)方法计算了它们的极化率和二阶非线性光学(NLO)系数.结果表明,十个13顶点金属碳硼烷分子中1a～6a的二阶NLO系数与其构型纵向扩张呈现相同的规律.分子的前线分子轨道能级差越小,其二阶NLO系数越大.对于不同自旋态的同种金属碳硼烷分子,其偶极矩值为高自旋态大于相应的低自旋态,极化率和二阶NLO系数与自旋多重度没有一致的对应规律,自旋多重度对NLO性质影响不大.     

Nb元素影响TiAl金属间化合物键合特征的第一原理计算

采用第一原理方法, 研究了Nb元素对TiAl金属间化合物电子结构及其对Ti, Al和O原子键合作用的影响. 研究结果表明, Nb元素对富Ti和富Al的TiAl金属间化合物体系电子结构及键合作用的影响不同. 对于富Ti的TiAl金属间化合物体系, Nb原子取代Ti晶格位置后, 减小了Ti费米能级处的电子密度, 削弱了Ti原子与O原子间的相互作用; 同时增强了Al原子中s电子和O原子中p电子的相互作用. 而Nb原子对富Al的TiAl金属间化合物体系中Ti/Al与O的相互作用影响较小. 同时, 向TiAl金属间化合物中掺杂Nb元素, 增大了TiO2的生成能垒, 减小了Al2O3的生成能垒, 有利于促进抗氧化膜Al2O3的生成. 因此, 添加合金化元素Nb有利于提高TiAl金属间化合物的抗氧化性能, 这与实验报道相一致.     

CO在α-U(001)表面的吸附

采用密度泛函理论中的广义梯度近似,计算了CO在α-U(001)表面的吸附、解离和扩散.结果表明:CO分子以CU3OU2构型化学吸附在α-U(001)表面,吸附能为1.78-1.99eV;吸附后表层U原子向上迁移,伴随着褶皱的产生;CO分子与表面U原子的相互作用主要是U原子的电子向CO分子最低空轨道2π*转移,以及CO2π*/5σ/1π-U6d轨道间杂化而生成新的化学键;CO解离吸附较分子吸附在能量上更为有利,h1(C)+h2(O)和h1(C)+h1(O)(h:空位)解离态吸附能分别为2.71和3.08eV;近邻三重穴位之间C、O原子的扩散能垒分别为0.57和0.14eV,预示O原子较C原子更易在U(001)表面扩散迁移.