水分子在水化蒙脱石表面脱附行为的第一性原理研究

使用密度泛函理论计算研究了水分子在蒙脱石(MMT)表面的脱附作用.水分子在MMT表面的脱附受到配衡离子(Li~+,Na~+,或K~+),MMT表面和吸附水分子的共同作用.通过势能面扫描得到了脱附水分子在MMT表面脱附的能量路径.通过对脱附水分子能量路径的分析发现:水分子在MMT表面的脱附能垒受到配衡离子种类的影响,半径较小的配衡离子具有较大的脱附能垒.此外,吸附水的存在能降低脱附水分子的脱附能垒,使脱附过程容易触发.     

Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Si原子在TiAl3中的格点取代行为.通过对不同原子被置换后的c/a值、形成能以及电子态密度的计算和比较,发现Si原子倾向于取代TiAl3中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Si原子的取代行为,对Si原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成能以及电子态密度进行了计算,结果表明Si原子倾向于取代TiAl3中松散分布的Al(2)原子.对c/a值的计算表明,随Al(2)格点Si原子浓度的增加,c/a值逐渐增大;而当Si取代Al(1)格点时,c/a值随Si原子浓度的增加而减小.研究表明,Si在TiAl3中的极限固溶度介于12.5at%-18.75at%之间.     

Rh在CeO_2(111)表面吸附的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(Projector augmented wave)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用第一原理计算方法,计算并分析了Rh在CeO_2(111)表面吸附所形成的Rh/CeO_2(111)界面体系的吸附能,价键结构和局域电子结构.考虑了Rh在不同吸附位置的吸附情况.结果表明:1)Rh在CeO_2(111)面有较大的吸附能,表明Rh与CeO_2(111)面有较强的相互作用,而且Rh在位于表面O的三度位,且位于次层氧的顶位的吸附最强;2)Rh的4d态同衬底O的2p态有明显的杂化作用,这是Rh同CeO_2较强作用的主要原因;3)Rh被CeO_2(主要是Rh的次近邻的Ce)氧化为Rh~(3+),并伴随着Ce~(4+)→Ce~(3+)反应的发生.     

GaP（001）表面吸附性硫的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory）的第一性原理计算了GaP（001）面吸附硫原子后的表面结构和电子结构。计算表明,在Ga和P截止的GaP（001）-（1×2）表面吸附两个硫原子后,会形成（1×1）的重构表面,硫原子吸附在桥位置（HB）。电子结构的计算显示,吸附硫原子后,GaP带隙中的表面态密度（Density of States）明显减少了,这表明在GaP（001）表面吸附硫原子后达到了钝化的效果。     

含Nb或Ge的锆合金表面氧吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了纯锆表面和含Nb或Ge锆合金表面上氧的吸附性质. 结果表明, Nb和Ge对Zr(0001), (1120)和(1010)表面吸附性质的影响各不相同. 根据计算得到的偏聚能结果, Nb和Ge迁移到Zr(0001)表面比迁移到其他两个表面更容易, 而Nb和Ge 都可以降低Zr(0001)表面对氧原子的吸附能力, 因此这两种元素都能抑制锆合金的初始氧化. 进一步的电子结构分析发现, Nb和Ge改变表面对氧原子的吸附能力是通过改变表面d能带的分布来实现的.     

半导体性单壁碳纳米管与其石墨衬底表面相互作用的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的计算方法,研究了处于石墨（HOPG）表面的半导体性单壁碳纳米管,发现碳纳米管下面的石墨受碳管的作用向下凹陷,而纳米管本身虽然保持其形状不变,但它的电子态受石墨衬底影响,造成导带下移,禁带宽度明显减小. 关键词： 单壁碳纳米管 密度泛函理论 局域密度近似方法     

MnTe电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势投影缀加波方法, 对六种典型的二元晶体结构Rocksalt (RS), Cesiun-chloride (CC), Zinc-blende (ZB), Wurtzite (WZ), Iron-silicide (IS) 和Nickel-Arsenide (NA)的MnTe进行了计算研究. 通过比较六种结构的结合能, 确定了MnTe的基态结构是反铁磁的NA结构. 研究了这六种结构MnTe的电子结构、磁性, 并用Birch-Murnaghan状态方程拟合求得了各相结构的体弹性模量和相变压. 电子态密度表明, RS, CC和IS结构的MnTe为反铁磁导体, ZB, WZ和NA结构的MnTe均为反铁磁半导体.     

分子团簇表面吸附敏化ZnO纳米线的第一性原理研究

ZnO纳米线作为新型太阳能电池结构的重要组成部件之一, 其导电能力直接影响到太阳能电池的性能. 采用密度泛函理论平面波超软赝势方法, 计算并分析了C₂H₆O(乙醇)、 C₆H₅FS(4-氟苯硫酚)、 C₇HF₇S(4-(三氟甲基L)-2, 3, 5, 6-四氟硫代苯酚) 等小分子吸附的六边形结构\langle0001angle ZNWs (ZnO 纳米线) 的几何结构、 吸附能和电子结构. 首先, 通过几何优化得到了不同基团吸附的ZNWs的稳定结构, 同时吸附能计算结果表明C₇HF₇S吸附的体系结构最为稳定, 且吸附呈现放热反应; 其次, 为研究表面敏化对导电性能的影响, 计算了不同小分子基团吸附下的能带结构和态密度, 并利用能带理论分析了表面吸附敏化对禁带宽度的调控机理, 结果分析表明小分子表面吸附敏化对ZNWs的电学性能有一定的影响, 其中C₇H₇FS和C₆H₅FS分子均发生了不同程度的电荷转移.     

Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Si原子在TiAl₃中的格点取代行为.通过对不同原子被置换后的c/a值、形成能以及电子态密度的计算和比较,发现Si原子倾向于取代TiAl₃中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Si原子的取代行为,对Si原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成能以及电子态密度进行了计算,结果表明Si原子倾向于取代TiAl₃中松散分布的Al（2）原子.对c/a值的计算表明,随Al（2）格点Si原子浓度的增加,c/a值逐渐增大;而当Si取代Al（1）格点时,c/a值随Si原子浓度的增加而减小.研究表明,Si在TiAl₃中的极限固溶度介于12.5at%—18.75at%之间. 关键词： 密度泛函理论 第一性原理 电子结构 3')" href="#">TiAl₃     

硫酸钠溶液中方解石表面油膜脱附机理研究

摘要：本文重点研究油湿型方解石表面形成的过程和方解石表面油膜在SO42-作用下脱附的过程,从分子尺度探究油膜形成机理和SO42-作用机理。首先,为模拟碳酸盐岩储层实际而建立油湿型碳酸盐岩表面。范德华力和静电作用下油分子运动到方解石表面形成双层结构的油膜,方解石由水湿变为油湿。结果表明,与第二层相比,第一层排列更有序,结构更稳定,对储层润湿性影响更大。而后,研究方解石表面油膜在SO42-作用下脱附的过程和作用机理。方解石表面油膜的脱附可以分为两步：静电作用下水通道的形成;氢键作用下水膜的形成。最终,方解石表面由油湿变为水湿。研究表明：SO42-参与了方解石表面油膜脱附过程中重要的静电力作用和氢键作用,加速了水通道和水膜的形成,加速了方解石表面油膜的脱附,对储层润湿性影响较大。     

First-principles study on anatase TiO2（101） surface adsorption of NO

In this paper, the stable structure and the electronic and optical properties of nitric oxide （NO） adsorption on the anatase TiO2 （101） surface are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method, which is based on the density functional theory. NO adsorption on the surface is weak when the outermost layer terminates on twofold coordinated oxygen atoms, but it is remarkably enhanced on the surface containing O vacancy defects. The higher the concentration of oxygen vacancy defects, the stronger the adsorption is. The adsorption energies are 3.4528 eV （N end adsorption）, 2.6770 eV （O end adsorption）, and 4.1437 eV （horizontal adsorption）. The adsorption process is exothermic, resulting in a more stable adsorption structure. Furthermore, O vacancy defects on the TiO2 （101） surface significantly contribute to the absorption of visible light in a relatively low-energy region. A new absorption peak in the low-energy region, corresponding to an energy of 0.9 eV, is observed. However, the TiO2 （101） surface structure exhibits weak absorption in the low-energy region of visible light after NO adsorption.     

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间3-6 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.05-0.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.     

In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同掺杂量下In掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,In的掺杂导致ZnO禁带宽度变窄.随着掺杂量的增大,In_xZn_1－xO的导带底和价带顶同时下降,但是导带底比价带顶下降得多,这导致了带隙的变窄.此外,In掺杂使晶胞晶格常数增大,这对带隙的变窄也有一定作用.     

第一性原理研究氧在Ni(111)表面上的吸附能及功函数

采用基于密度泛函理论（DFT）广义梯度近似（GGA）下的第一性原理方法系统地研究了不同覆盖度下O在Ni（111）表面的吸附特性.计算结果表明,O在Ni（111）表面的稳定吸附位为三重面心立方（fcc）洞位,吸附能随着覆盖度的增加而减小,O诱导Ni（111）表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系,并随着覆盖度的增加而增大.同时,通过对电子密度和分波态密度的分析发现：O在Ni（111）表面的吸附使得Ni表面电子向O原子转移,形成表面偶极矩,导致功函数增加;表面Ni原子的3d轨道和O的2p轨道通过耦合、杂化作用形成成键态和反键态,而反键态几乎不被占据,因而O—Ni键相互作用比较强,吸附能较大. 关键词： 表面吸附 密度泛函理论 吸附能 功函数     

First-principles study of hydrogen adsorption on titanium-decorated single-layer and bilayer graphenes

The adsorption of hydrogen molecules on titanium-decorated （Ti-decorated） single-layer and bilayer graphenes is studied using density functional theory （DFT） with the relativistic effect. Both the local density approximation （LDA） and the generalized gradient approximation （GGA） are used for obtaining the region of the adsorption energy of H2 molecules on Ti-decorated graphene. We find that a graphene layer with titanium （Ti） atoms adsorbed on both sides can store hydrogen up to 9.51 wt% with average adsorption energy in a range from -0.170 eV to 0.518 eV. Based on the adsorption energy criterion, we find that chemisorption is predominant for H2 molecules when the concentration of H2 molecules absorbed is low while physisorption is predominant when the concentration is high. The computation results for the bilayer graphene decorated with Ti atoms show that the lower carbon layer makes no contribution to hydrogen adsorption.     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法,对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据;而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加,决定带隙宽度的CBM的位置下降,同时VBM的位置上升,从而导致了带隙的变窄,出现了红移现象. 此外,Cd掺杂会使晶胞发生膨胀,这种张应变也是导致Cd 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Cd掺杂ZnO     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构，态密度以及分态密度的计算和比较，发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据；而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加，决定带隙宽度的CBM的位置下降，同时VBM的位置上升，从而导致了带隙的变窄，出现了红移现象. 此外，Cd掺杂会使晶胞发生膨胀，这种张应变也是导致Cd     

NH3在TaC(0001)表面吸附和解离的第一性原理研究

采用自旋极化密度泛函理论(DFT)并结合周期平板模型的方法,研究了NH₃在TaC表面的吸附和分解反应机理.表面能计算结果显示,以Ta为终止的TaC(0001)面为最稳定的表面;NH₃分子通过其孤对电子优先吸附在顶位top位,而NH₂和H最稳定吸附位置为三重hcp位,NH和N吸附在三重fcc位.过渡态结果表明氮原子的复合反应脱附为整个反应的限速步骤.电子结构计算结果表明,NH3分子及其片段通过其N原子的2p_z轨道与底物Ta的5d_z2轨道混合吸附于表面.随着脱氢反应的进行,电荷转移现象变得逐渐明显,吸附质和底物之间的电荷转移在加速NH₃脱氢催化过程中发挥重要作用.     

First-principles study of plasmons in doped graphene nanostructures

The operating frequencies of surface plasmons in pristine graphene lie in the terahertz and infrared spectral range,which limits their utilization. Here, the high-frequency plasmons in doped graphene nanostructures are studied by the timedependent density functional theory. The doping atoms include boron, nitrogen, aluminum, silicon, phosphorus, and sulfur atoms. The influences of the position and concentration of nitrogen dopants on the collective stimulation are investigated,and the effects of different types of doping atoms on the plasmonic stimulation are discussed. For different positions of nitrogen dopants, it is found that a higher degree of symmetry destruction is correlated with weaker optical absorption. In contrast, a higher concentration of nitrogen dopants is not correlated with a stronger absorption. Regarding different doping atoms, atoms similar to carbon atom in size, such as boron atom and nitrogen atom, result in less spectral attenuation. In systems with other doping atoms, the absorption is significantly weakened compared with the absorption of the pristine graphene nanostructure. Plasmon energy resonance dots of doped graphene lie in the visible and ultraviolet spectral range.The doped graphene nanostructure presents a promising material for nanoscaled plasmonic devices with effective absorption in the visible and ultraviolet range.