第一性原理分析二氧化碳在CaO(100)表面的吸附性能

运用广义梯度密度泛函理论（GGA-PW91）结合周期平板模型方法,研究了CO2分子分别在1×1×1和2×2×1CaO(100)超晶胞面最稳定位的吸附行为。结果表明：CaO(100)表面的Osurf原子为CO2分子的有效吸附位,能够和CO2分子形成稳定吸附键C-Osurf, 其吸附能为0.858 eV。在吸附前后C和Osurf原子的价电子组态分别由2s0.892p2.47和2s1.842p4.99变化为2s0.682p2.33和2s1.902p5.17,而且在CO2分子中的O2s原子与Surface层的Casub4s原子间存在相互作用。考察了多个CO2分子在2×2×1 CaO(100)表面吸附时存在分子间相互排斥作用,发现当四个CO2分子吸附到2×2×1CaO(100)超晶胞面时,排斥能为1.76 eV,不利于CO2分子的吸附。     

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     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面。在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能。比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76 eV,是最稳定的吸附位置。详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性。在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键。由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化。我们发现：Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距。与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化。     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态(英文)

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面.在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能.比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76eV,是最稳定的吸附位置.详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性.在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键.由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化.我们发现:Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距.与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化.     

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.     

第一性原理分析CO_2在CaO(100)表面的吸附性能

运用广义梯度密度泛函理论(GGA-PW91)结合周期平板模型方法,研究了CO_2分子分别在1×1×1和2×2×1CaO(100)超晶胞面最稳定位的吸附行为.结果表明:Ca O(100)表面的Osurf原子为CO_2分子的有效吸附位,能够和CO_2分子形成稳定吸附键C-Osurf,其吸附能为0.858 e V.在吸附前后C和Osurf原子的价电子组态分别由2s~(0.89)2p~(2.47)和2s~(1.84)2p~(4.99)变化为2s~(0.68)2p~(2.33)和2s~(1.90)2p~(5.17),而且在CO_2分子中的O2s原子与Surface层的Ca_(sub)4s原子间存在相互作用.考察了多个CO_2分子在2×2×1 Ca O(100)表面吸附时存在分子间相互排斥作用,发现当四个CO_2分子吸附到2×2×1CaO(100)超晶胞面时,排斥能为1.76e V,不利于CO_2分子的吸附.     

CO在Pu(100)表面吸附的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了CO分子在Pu (100)面上的吸附. 计算结果表明：CO在Pu (100)表面的C端吸附比O端吸附更为有利,属于强化学吸附. CO吸附态的稳定性为穴位倾斜>穴位垂直>桥位>顶位. CO分子与表面Pu原子的相互作用主要源于CO分子的杂化轨道和Pu原子的杂化轨道的贡献. 穴位倾斜吸附的CO分子的离解能垒较小(0.280eV),表明在较低温度下,CO分子在Pu (100)表面会发生离解吸附,离解的C,O原子将占据能量最低的穴位. 关键词：密度泛函理论Pu (100)CO分子和离解吸附     

CO在Pu(100)表面吸附的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了CO分子在Pu (100)面上的吸附. 计算结果表明：CO在Pu (100)表面的C端吸附比O端吸附更为有利，属于强化学吸附. CO吸附态的稳定性为穴位倾斜>穴位垂直>桥位>顶位. CO分子与表面Pu原子的相互作用主要源于CO分子的杂化轨道和Pu原子的杂化轨道的贡献. 穴位倾斜吸附的CO分子的离解能垒较小(0.280eV)，表明在较低温度下，CO分子在Pu (100)表面会发生离解吸附，离解的C，O原子将占据能量最低的穴位.     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息. 这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2相似文献   

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息.这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2NH3COCH3NOHOHCH2CNSONCHC.在所有的原子中,O原子倾向于吸附在桥位,而其余的原子则倾向于吸附在空位.除N2之外的分子吸附物(CO、NO、NH3),最佳吸附位点均为四重空位,而N2的最稳定吸附位置为顶位.对于自由基吸附物(CH、CH2、CN、OH)而言,它们倾向于吸附在四重空位,而CH3则稳定吸附在桥位.     

基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

超临界CO2在金属铀表面吸附的理论研究

依据实验数据,假定CO2在金属铀表面吸附氧化初期形成的吸附中间体为UCO2.根据密度泛函理论(DFT)的Becke3lyp方法计算得UCO2(C2v构型)分子的5A1态能量最低,这与用原子分子反应静力学与群论确定UCO2的基电子状态为5A1的结果一致.计算表明,CO2在金属铀表面的吸附是放热反应,其吸附量随着温度的升高而不断减少,其吸附热在1 atm下为51.68 kJ.mol-1,该值大于40 kJ.mol-1,故CO2在金属铀表面的吸附是化学吸附.     

TiO2及金属(Cu、Ni)掺杂催化材料水解制氢反应机理的理论研究

本文研究TiO₂以及金属(Cu、Ni)掺杂TiO₂催化剂水解制氢的两种不同析氢反应机理,计算了不同反应过程催化反应活化能,同时考察了系列催化剂电子激发态的催化活性.结果表明:催化剂电子激发态的催化活性增强,说明光照有助于降低反应的活化能,提高催化剂的活性.金属(Cu、Ni)掺杂TiO₂有助于降低水解制氢反应的活化能,且Cu的掺杂催化效果更明显,这与实验报道的结果一致.     

ConPtm (n+m≤7)团簇吸附CO的第一性原理研究

利用密度泛函理论的广义梯度近似方法,计算了CO与双金属团簇ConPtm (n+m≤7)的相互作用. 结果表明：当n+m≤5时,CO更易于在Co原子的顶部成键. 当5≤n+m≤7时,CO则更易在Pt原子的顶位成键. n+m的值一定时,m的值越大CO越倾向于与Pt原子成键. 磁性分析表明,n+m的值一定时,Co原子数越大,磁矩越大,而Pt原子数越大,CO分子的吸附能越大. CO的吸附能在1.61 eV到3.01 eV之间,其中Pt6∙CO团簇的吸附能最大.     

密度泛函理论研究MN@H_2O (M=Ga,Ge, In,Sn, Sb; N=M,Al)团簇的特性

采用密度泛函理论的B3LYP, B3P86, B1B95, P3PW91和PBE1PBE方法结合SDD, LANL2DZ和CEP-121G基组计算了d~(10)组态二聚物MN(M=Ga, Ge, In, Sn和Sb; N=M和Al)的几何结构.采用B3P86/SDD进一步研究了MN@H_2O团簇的几何结构及吸附能.结果表明,水分子结合在二聚物M_2上时,对二聚物影响较大,对水分子自身影响较小.将M_2中Ga, Ge, In, Sn或Sb替换一个原子为Al时,水分子在GeAl和SnAl上的吸附能变化较大,而在GaAl, InAl和SbAl上吸附能变化较小.另外, H_2O吸附在Ga, Ge, In, Sn和Sb上时,与吸附在Al上时,吸附能的变化不大.     

Sc修饰Si@Al_(12)团簇吸附CO的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论的广义梯度近似,研究了Sc原子修饰的Si@Al_(12)团簇与CO分子之间的相互作用.结果显示:Sc原子倾向于以穴位的形式吸附于Si@Al_(12)团簇表面;Sc周围最多可以吸附7个完整CO分子,CO的平均吸附能处于0.990~1.602 eV之间;Sc Si@Al_(12)·7CO团簇中CO质量分数可达33.07%,有望作为CO气体过滤材料.     

Au_7团簇吸附O_2和CO及其对CO的催化反应机理研究

本文采用密度泛函理论,研究了Au_7团簇催化CO的氧化反应机理.研究发现,二维平面结构的Au_7团簇更容易吸附CO和O_2分子. Au_7团簇吸附一个O_2分子的吸附能为0.64 eV,但在吸附多个O_2分子时,平均吸附能有了明显的下降,表明Au_7团簇进行多吸附O_2分子的可能性不大. Au_7团簇吸附一个CO分子的吸附能为1.26 eV,且在吸附多个CO分子时,平均吸附能虽有减少,但减小的幅度不大,说明Au_7团簇有可能吸附多个CO分子.此外,在Au_7团簇催化CO的氧化反应过程中,整个反应克服的最高势垒仅为0.34 eV,说明Au_7团簇有望成为良好的CO氧化催化剂.     

Au2Ag和AuAg2团簇对CO催化氧化反应的理论研究

本文采用密度泛函理论,对Au₂Ag和AuAg₂团簇催化CO的氧化反应机理进行了系统的研究.对CO+O₂→CO₂+O和CO+O→CO₂两个氧化反应,文中分别讨论了ER反应机理和LH反应机理,结果发现在CO+O₂反应中倾向于LH反应机理,而在CO+O反应中则倾向于ER反应机理.此外,在完整的CO氧化反应中,Au₂Ag团簇两个催化氧化反应过程中的势垒都很低,说明其有望成为良好的CO氧化催化剂.     

Adsorption of water on TiN (1 0 0), (1 1 0) and (1 1 1) surfaces: A first-principles study

We use first-principles density functional theory-based calculations in the analysis of the interaction of H₂O with (1 0 0), (1 1 0) and (1 1 1) surfaces of TiN, and develop understanding in terms of surface energies, polarity of the surface and chemistry of the cation, through comparison with H₂O adsorption on ZrN. While water molecule physisorbs preferentially at Ti site of (1 0 0) and (1 1 1) surfaces, it adsorbs dissociatively on (1 1 0) surface of TiN with binding stronger than almost 1.32 eV/molecule. Our analysis reveals the following general trends: (a) surfaces with higher energies typically lead to stronger adsorption, (b) dissociative adsorption of H₂O necessarily occurs on a charge neutral high energy surface and (c) lower symmetry of the (1 1 0) plane results in many configurations of comparable stability, as opposed to the higher symmetry (1 0 0) and (1 1 1) surfaces, which also consistently explain the results of H₂O adsorption on MgO available in literature. Finally, weaker adsorption of H₂O on TiN than on ZrN can be rationalized in terms of greater chemical stability of Ti arising from its ability to be in mixed valence.