4,7-二（2-噻吩基）苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔在TiO2（100）表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似（DFT/GGA）方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二（2-噻吩基）苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔（简称P）的低聚合物P_n（n=1～5）的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,P_n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了化合物P在TiO₂（100）表面的吸附,通过吸附前后化合物P的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当P吸附在TiO₂（100）表面时,P向TiO₂（100）表面转移0.692 e电荷,前线轨道能隙变窄.通过吸附前后TiO₂（100）表面的能带和态密度分析表明:在TiO₂（100）表面吸附了化合物P后,能带向低能区移动,且TiO₂中价带和导带间的禁带消失.理论预测的结果与实验值吻合.     

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,(PC-DTBT)n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当PC-DTBT吸附在ZnS(100)表面时,ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷,前线轨道能隙变窄.理论预测的结果与实验值吻合.     

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法, 在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性. 结果表明: 随着聚合度增加, (PC-DTBT)n的稳定性降低, 化学活性增强. 采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法, 研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附, 通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明: 当PC-DTBT吸附在ZnS (100)表面时, ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷, 前线轨道能隙变窄. 理论预测的结果与实验值吻合.     

4,7-二(5-溴噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑低聚物光伏性能的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法, 在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑(简称DT(Br)BT)的低聚合物(DT(Br)BT)n(n=1~6)的稳定构型、前线轨道和吸收光谱. 结果表明: 随着聚合度增加, (DT(Br)BT)n的聚合能增强, 前线轨道能隙变窄, 而且(DT(Br)BT)2和(DT(Br)BT)5-ring均为平面构型. 光谱分析表明: DT(Br)BT单体的最强吸收峰384 nm在紫外区; 当n=2~6时,(DT(Br)BT)n的吸收峰均发生红移, 而且环状聚合物红移程度不如链状聚合物红移程度大;(DT(Br)BT)2最强吸收峰757 nm在可见光区, 其余(DT(Br)BT)n(n=3~6)的最强吸收峰都在红外区. 通过比较稳定构型、前线轨道和吸收光谱表明, (DT(Br)BT)2和(DT(Br)BT)5-ring具有更好的光伏性能, 此研究结果对太阳能电池材料的发展具有潜在的指导意义.     

低聚合物Pn(n=1-5)的化学活性和P在TiO2(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似（DFT/GGA）方法,在PW91/DNP水平上研究了低聚合物Pn(n=1-5)的稳定性和化学活性。结果表明：随着聚合度增加,Pn的稳定性降低,化学活性增强。采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了化合物P在TiO2(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物P的Mulliken charge和前线轨道分析表明：当P吸附在TiO2(100)表面时,P向TiO2(100)表面转移0.692 e电荷,前线轨道能隙变窄。通过吸附前后TiO2(100)表面的能带和态密度分析表明：在TiO2(100)表面吸附了化合物P后,能带向低能区移动,且TiO2中价带和导带间的禁带消失。理论预测的结果与实验值吻合。     

低聚合物Pn(n=1-5)的化学活性和P在TiO2(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似（DFT/GGA）方法,在PW91/DNP水平上研究了低聚合物Pn(n=1-5)的稳定性和化学活性。结果表明：随着聚合度增加,Pn的稳定性降低,化学活性增强。采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了化合物P在TiO2(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物P的Mulliken charge和前线轨道分析表明：当P吸附在TiO2(100)表面时,P向TiO2(100)表面转移0.692 e电荷,前线轨道能隙变窄。通过吸附前后TiO2(100)表面的能带和态密度分析表明：在TiO2(100)表面吸附了化合物P后,能带向低能区移动,且TiO2中价带和导带间的禁带消失。理论预测的结果与实验值吻合。     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层(ML),0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带(nudged elastic band)方法计算了H2O的解离势垒.结果表明:在低吸附率(0.25ML和0.5ML)时,H2O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附(吸附率为1ML)时,分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.     

CO在Pd掺杂Rh(111)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对CO在Rh(111)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Rh-Pd(111)表面Rh-top、Pd-top、Rh Rh-bridge、Rh Pd-bridge、Pd Pd-bridge、Rh2Pdhcp、Rh Pd2-hcp、Rh2Pd-fcc、Rh Pd2-fcc九个吸附位的13种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了CO较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:CO在Rh(111)和Rh-Pd(111)表面的最稳定吸附位分别为Rh-hcp和Rh-top位,其吸附能的大小顺序为Ph(111)Rh-Pt(111);CO与金属表面成键,属于化学吸附.     

N_2在Co掺杂Ru(001)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对N_2在Ru(001)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Ru-Co(001)表面Ru-top、Co-top、Ru(Ru)Ru-bridge、Co(Co)Co-bridge、Ru(Co)Co-bridge、Ru(Ru)Co-bridge、Ru_2Co-hcp、RuCo_2-hcp、Ru_2Co-fcc、RuCo_2-fcc十个吸附位的14种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了N_2较有利的吸附位;并对清洁表面进行能带分析,对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:掺杂Co后,Ru催化剂的能带变宽,催化活性增强;N_2在Ru(001)表面的最稳定吸附位top的吸附能是-88.94 kJ·mol~(-1),在Ru-Co(001)表面的最稳定吸附位Ru-top的吸附能是-95.71 kJ·mol~(-1),而且N_2与金属表面成键,属于化学吸附.     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态。采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位。结果表明： 2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1kJ∙mol-1,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1kJ∙mol-1,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2。由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变。理论预测结果与实验结论一致。     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态.采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位.结果表明:2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1 k J·mol-1猯,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1 k J·mol-1猯,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2.由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变.理论预测结果与实验结论一致.     

Cu(100)表面c(2×2)-N原子结构与吸附行为研究

用密度泛函理论的总能计算研究了金属铜(100)面的表面原子结构以及氮原子的c(2×2)吸附状态.研究结果表明：在Cu(100) c(2×2)-N表面系统中，氮原子处于四度配位的空洞(FFH)位置，距离最表面铜原子层的垂直距离为0.20?，最短的Cu—N键长度为1.83?.结构优化的计算否定了被吸附物导致的表面再构模型，即c(2×2)元胞的两个铜原子在垂直于表面方向发生相对位移，一个铜原子运动到氮原子之上的模型.该吸附表面的功函数约为4.65eV, 氮原子的平均吸附能为4.92 eV(以孤立氮原子为能量参考点).计算结果还说明，Cu—N杂化形成的表面局域态的位置在费米面以下约1.0 eV附近出现，氮原子和第一层以及第二层铜原子均有不同程度的杂化作用.该结果为最近有关该表面的STM图像的争论提供了判据性的第一性原理计算结果. 关键词： Cu(100) c(2×2)-N 表面吸附态 密度泛函总能计算     

由芴炔撑和苯并噻二唑组成的新型共轭聚合物的合成与光学性能

采用Pd(PPh₃)₄和CuI作为催化剂,在三乙胺和甲苯溶液中,采用2,7-二乙炔基-9,9-二辛基芴(PFE)和4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑(BT),以不同配料比合成了一系列新型的聚芳炔聚合物。所有这些聚合物的数均分子质量M_n约为4000~12000,并在三氯甲烷和甲苯中都有很好的溶解性。研究了其紫外-可见吸收光谱、光致发光性能。随着共聚物中BT的增加,共聚物的光致发光的发射波长有少量红移,证明了由宽能带的2,7-二乙炔基-9,9-二辛基芴(PFE)和窄能带的4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑(BT)组成的共聚物,由于激子在窄能带单元中的限制使得在宽能带单元和窄能带单元之间发生了有效的分子内的能量转移。因此在聚芴炔链中引入不同含量的窄带隙杂环单元可实现对聚芴发光颜色的调节。     

洁净和氧吸附的Cu(100)表面重构的理论研究

在密度泛函理论下,计算了清洁和吸附氧原子的Cu(100)表面的驰豫和优势吸附构型。结果表明,氧原子在金属表面采用四重穴位时,具有最大的结合能,顶位吸附时结合能最小,桥位吸附时结合能居间。这一计算结果与实验报道一致。各种密度泛函方法的比较后,发现采用mPW1PW91密度泛函和LanL2dz赝势基组,能够准确给出与实验相符的计算结果。平板模型计算的分态密度图显示,在吸附过程中出现d轨道向Fermi能级移动并越过Fermi能级,而O原子的p轨道能级远离Fermi能级,表明有电子从铜原子的d轨道转移到氧原子的2p轨道,簇模型和平板模型的布居分析显示表面氧带有约0.65～0.7 e的负电荷。研究表明,采用适当的基组和泛函方法,即使采用簇模型来模拟表面,也可以获得与实验比较吻合的计算结果。     

Si(001)-(2*2*1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

建立了一种计算Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的理论模型．在周期性边界条件下,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的超软赝势法对Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附进行了第一性研究．通过占位能的计算,得到了Si(001)-(2×2×1):H表面O2的最佳吸附位置．计算结果表明吸附后的反应产物应为Si=O和H2O,从理论上支持了D．Kovalev等人提出反应机制．     

甲氧基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对甲氧基在Ir(111)表面top, bridge, fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化、能量计算、Mulliken电荷布居分析以及差分电荷密度计算。结果表明,甲氧基通过氧原子与金属表面相互作用时,垂直吸附在fcc位是最有利的吸附构型,吸附能为2.26 eV,此时电子从金属表面向甲氧基转移。吸附过程中C-O键振动频率发生红移,表明在该表面C-O键容易被活化。结合差分电荷密度分析表明,吸附时CH3O中氧的2p原子轨道和铱的dz2原子轨道相互作用形成σ键。     

TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了TiO₂分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、吸附能量和吸附位置. 计算结果表明不同初始位置的TiO₂分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga-O化学键表现出共价键特征,化学结合能达到7.932-7.943eV,O-O连线与GaN[1120]方向平行,与实验观测(100)[001] TiO₂//(0001)[1120]GaN一致. 通过动力学过程计算分析,TiO₂分子吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,稳定吸附结构和优化结果一致. 关键词： GaN(0001)表面 2分子')" href="#">TiO₂分子 密度泛函理论 吸附     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO_2(101)面吸附NH_3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属(B、C、N、F)掺杂的TiO_2(101)表面吸附NH_3的特性与作用机理.研究发现:被非金属掺杂后的表面对NH_3的吸附效果要优于未掺杂表面.不同元素掺杂对比发现:C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构.通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH_3在TiO_2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂(X)位原子与NH_3分子的相互作用强弱不同所造成.掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH_3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定.