用X_α-DV方法研究CO,NO在Ⅷ族过渡金属表面的化学吸附(Ⅱ)——NO分子在Pd(111)表面的化学吸附

本文用X_α-DV方法计算了NO在Pd(111)表面化学吸附问题。得到了它的电子结构,包括分子丛轨道能量本征值谱、态密度、电荷转移等等结果。在计算中特别考虑了NO之间的相互作用,所得总态密度与实验UPS十分相符,从而支持了LEED所示的几何结构,决定了NO的吸附高度为1.27A,并得知吸附于Pd表面的NO分子之间的相互作用十分重要。从理论上探讨了NO分子在Pd表面吸附时的活化作用。计算了NO分子各个轨道上的占有数,发现其电荷转移情况与CO在过渡金属表面吸附的情况相似。另外,还发现NO的吸附对Pd的价电子能带无重大影响。     

用Xα-DV方法研究CO,NO在Ⅷ族过渡金属表面的化学吸附(Ⅰ)——CO吸附在Rh(111)面的电子结构

本文用自洽Hartree-Fock-Slater分子丛方法计算了CO在Rh(111)面上(θ≤1/3)的电子结构。计算了分子丛的总能量、基态能级随吸附高度的变化。从总能量曲线确定的最佳键长为1.85?与实验值1.95±0.1?符合得较好。相应的吸附能为0.98eV比实验值1.3eV略小。在以上最佳键长处计算了总态密度,考虑终态和弛豫效应后与UPS实验结果符合更好。通过CO分子接近表面时各分子轨道能量本征值的变化,讨论了各轨道的成键、反键特征。通过Mulliken总数分析和用CO分子波函数展开总波函数的系数分析着重讨论了CO分子被过渡金属Rh吸附前后的电荷转移。这种电荷转移导致被吸附CO分子的活化。 关键词：     

N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于色散校正的密度泛函理论进行了第一性原理研究, 详细分析了肼(N₂H₄)在Ni₈Fe₈/Ni(111)合金表面稳定吸附构型的吸附稳定性和电子结构及成键性质. 通过比较发现, 肼分子以桥接方式吸附在表面的两个Fe原子上是最稳定的吸附构型, 其吸附能为-1.578 eV/N₂H₄. 同时发现, 肼分子在这一表面上吸附稳定性的趋势为: 桥位比顶位吸附更有利, 且在Fe原子上比在Ni原子上的吸附作用更强. 进一步分析了不同吸附位点上稳定吸附构型的电子结构、电荷密度转移以及电子局域化情况. 结果发现: 相同吸附位点的电子态密度图基本一致, 并且N原子的p轨道和与之相互作用的表面原子的d轨道之间存在态密度上的重叠; 吸附后电荷密度则主要从肼分子转移到表面原子之上; 在电子局域化函数切面图中也发现吸附后电子被局域到肼分子的N原子和相邻的表面原子之间. 这些电子结构的表征都充分说明肼分子与表面原子之间通过电荷转移形成了强烈的配位共价作用.     

基于密度泛函理论研究掺杂Pd石墨烯吸附O2及CO

基于第一性原理的密度泛函理论研究了单个O₂和CO气体分子吸附于本征石墨烯和掺杂钯(Pd)的石墨烯的体系, 通过石墨烯掺Pd前后气体分子的吸附能、电荷转移及能带和态密度的计算, 发现掺Pd后气体分子吸附能和电荷转移显著增大, 这是由于Pd的掺杂, 在本征石墨烯能带中引入了杂质能级, 增强了石墨烯和吸附气体分子间的相互作用; 氧化性气体O₂和还原性气体CO吸附对石墨烯体系能带结构和态密度的影响明显不同, 本征石墨烯吸附O₂后, 费米能级附近态密度变大, 掺Pd后在一定程度变小; 吸附还原性的CO后, 石墨烯费米能级附近态密度几乎没有改变, 表明掺杂Pd不会影响石墨烯对CO的气体灵敏度, 但由于CO对石墨烯的吸附能增大, 可以提高石墨烯对还原性气体的气敏响应速度.     

用X_α-DV方法研究CO,NO在Ⅷ族过渡金属表面的化学吸附(Ⅰ)——CO吸附在Rh(111)面的电子结构

本文用自洽Hartree-Fock-Slater分子丛方法计算了CO在Rh(111)面上(θ≤1/3)的电子结构。计算了分子丛的总能量、基态能级随吸附高度的变化。从总能量曲线确定的最佳键长为1.85A与实验值1.95±0.1A符合得较好。相应的吸附能为0.98eV比实验值1.3eV略小。在以上最佳键长处计算了总态密度,考虑终态和弛豫效应后与UPS实验结果符合更好。通过CO分子接近表面时各分子轨道能量本征值的变化,讨论了各轨道的成键、反键特征。通过Mulliken总数分析和用CO分子波函数展开总波函数的系数分析着重讨论了CO分子被过渡金属Rh吸附前后的电荷转移。这种电荷转移导致被吸附CO分子的活化。     

外电场对NO在Graphene负载的Pd单原子上的吸附特性的调控

本研究中,通过基于密度泛函理论的第一性原理并考虑范德华力修正计算了Graphene负载的Pd单原子界面特性以及NO的吸附特性(包括吸附构型的结构参数、吸附能和电子结构等),并着重研究了电场对其吸附特性的调控规律及其内在机理.结果表明：1) NO在Pd/Graphene上能够形成较强的化学吸附,吸附能为1.09 eV.吸附的NO分子中的N-O键拉长. Pd-d态与NO-p态的强杂化作用都表明NO分子在Pd-Graphene上被活化. 2)在电场作用下Graphene负载的单原子Pd上的电荷随施加的电场逐渐变化. 3)跟没有施加电场的NO吸附的体系相比,当对NO吸附体系施加沿Z正方向的电场时,NO的吸附增加,吸附的NO从衬底获得更多的负电荷,而Pd所带的正电荷逐步减少;当对NO吸附体系施加沿Z负方向的电场时,NO的吸附减弱,吸附的NO从衬底获得的负电荷逐渐减少,而Pd所带的正电荷逐步增加. 4)外加电场能够有效地调控NO的吸附特性,并调控NO与衬底之间的电荷转移进而调控其电子结构.     

NO在Ni_xAg_y(x+y=13)团簇表面吸附分解的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对Ni_xAg_y(x+y=13)团簇的几何结构进行优化后,研究了NO在此类团簇表面不同位置的吸附分解行为,讨论了团簇的束缚能、束缚能的二阶差分、能隙以及吸附前后键长、吸附能、NO分波态密度的变化情况.结果表明,团簇对称性随着Ni的占比变化而变化,稳定性随Ni占比增加而增强,束缚能的二阶差分随着Ni原子的增多呈现奇偶震荡性,NO@Ni_xAg_y(x+y=13)团簇表面吸附行为主要为化学吸附,吸附后N-O键长的变化在0.028?～0.092?之间.对团簇吸附NO的态密度分析发现,吸附后NO的2π*轨道失去电子,1π轨道得到电子,从而导致吸附能的变化.     

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.     

稀土元素在硅表面的化学吸附

本文对几种稀土元素(铈、钐、镱)在硅表面的化学吸附进行了理论计算。用定域密度泛函-离散变分方法(LDF-DVM)对顶位和三度开位两种集团模型进行了自洽计算,包括总结合能的计算,给出了吸附位能曲线,从而确定出最佳吸附构型和位置。讨论了电荷转移情况、吸附能的大小等,与一些实验结果进行了比较。并给出了三种元素在硅表面稳定吸附时的态密度图,分析讨论了其电子结构的差异和特点。 关键词：     

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     

小分子在Pd(100)面上的共吸附

本文应用紧束缚模型和单电子理论研究了几种小分子在Pd(100)面上的共吸附特性,结果表明:在Pd(100)面上两个吸附分子(或吸附原子)间的间接相互作用随吸附质与衬底之间的耦合强度的减小呈现振荡性衰减的趋势,并且,当O₂或H₂存在时,NO在Pd(100)面上的解离将受到影响,此外,根据两吸附质之间的间接相互作用,推断出一些吸附层结构,这些结果与实验结果作了比较。 关键词：     

ITO负载单原子钇吸附NO和CO的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)表面负载单原子Y模型的表面性能进行了第一性原理计算.根据表面能计算结果可知,单原子Y最稳定负载位置为空位(H),即确定了ITO负载单原子钇(Single-atom Y supported on ITO,Y/ITO)稳定模型.对ITO和Y/ITO表面吸附气体分子(NO和CO)模型的吸附性能进行了第一性原理计算.根据对比ITO和Y/ITO表面的吸附能和态密度计算结果可知,单原子钇负载提高了ITO表面的稳定性和吸附性能.根据对比Y/ITO表面吸附NO和CO气体分子的吸附能和态密度计算结果可知,NO和CO气体分子吸附均为自发行为,过程放热.且NO气体分子更容易吸附在Y/ITO表面,即Y/ITO对NO气体分子更敏感.     

CH3NO2在Cu(111)面吸附态的研究

用CNDO/2半经验量化计算方法对CH₃NO₂分子在Cu(111)面四个吸附位上25种吸附态进行了优化计算,得到以CH₃NO₂分子中的-NO₂取向吸附在Cu(111)面的桥位上,且CH₃NO₂分子中的ONO面与Cu-Cu键成60°时为最稳吸附态。计算得到的这一稳定吸附态的吸附取向和吸附体系的态密度结果与我们的实验结果是一致的;从吸附态的轨道成分分析表明, 关键词：     

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     

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. 关键词： 2O')" href="#">H₂O 吸附 3-（001）TiO₂表面')" href="#">SrTiO₃-（001）TiO₂表面 密度泛函理论     

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.     

TiO2纳米层(110)表面对DNA强吸附的第一性原理研究

纳米二氧化钛(TiO₂)由于具有卓越的生物相容性和优异的物理性能,因此有望在生物医学领域中发挥重要的作用,且应用前景广阔.利用第一性原理计算,深入地研究了金红石型TiO₂纳米层(110)表面与脱氧核糖核酸(DNA)不同碱基在界面之间的吸附性能及相互作用的原子机制.通过分析结合能和功函数的计算结果发现,TiO₂纳米层(110)表面对DNA碱基的吸附强度显著增强,比典型二维纳米材料的吸附强度大两倍以上.进而,通过研究电子能带结构和态密度计算结果,阐明了二者在界面之间的吸附机制,其起源于吸附体系显著降低的能级和C、N和/或O的2p轨道与费米能级附近Ti原子的3d轨道的强烈杂化.纳米TiO₂为DNA传感器和测序仪的设计提供了一种极具潜力的候选材料.     

NO在稀有金属钇表面的吸附行为

以往的理论在预测六方结构(HCP)金属的表面能时,计算值与实验值存在较大误差.鉴于此,本文首先用一种较为合理的方法精准地预测了稀有金属钇(Y)(0001)面的表面能,计算值(1.141 J/M²)与实验值(1.125 J/M²)吻合的很好.随后,系统研究了NO小分子在Y(0001)面不同位置(空位、桥位和端位)的吸附行为.结果表明:空位(H1)表现出了良好的吸附能力,吸附能超过了5eV,同时N-O键长伸长量超过了24%,此时,NO分子几乎平行地吸附于Y(0001)表面.所有的吸附位置的N-O分子伸长量范围为0.2?-0.42?.这种伸长量明显超过了NO在其它金属表面时的计算结果.     

AI在GaAs(110)面上的吸附

用电荷自洽的EHMO方法研究了Al在GaAs(110)面上的吸附问题。比较了两种吸附构型,从能量极小的观点定出了稳定的吸附应为Al取代表面Ga原子,使Ga落在表面As的悬挂键上。还计算了电荷转移、成键情况和状态密度。 关键词：     

Pu(100)表面吸附CO2的密度泛函研究

采用广义梯度密度泛函理论的改进Perdew-Burke-Ernzerh方法结合周期性层晶模型,研究了CO₂分子在Pu（100）面上的吸附和解离.吸附能和几何构型的计算表明,CO₂以穴位C4O4构型吸附最为有利,吸附能为1.48 eV.布居分析和态密度分析表明,CO₂与Pu表面相互作用的本质主要是CO₂分子的杂化轨道2π_μ与Pu5f,Pu6d,Pu7s轨道通过强电子转移和弱重叠杂化的方式相互作用而生成了新的化学键.计算的CO₂→CO+O解离能垒为0.66 eV,解离吸附能为2.65 eV, 表明在一定热激活条件下CO₂分子倾向于发生解离性吸附.O₂,H₂,CO和CO₂在Pu （100）面吸附的比较分析表明,较低温度下的吸附强度顺序依次为O₂,CO,CO₂,H₂;较高温度下的吸附强度顺序依次为O₂,CO₂,CO,H₂. 关键词： 密度泛函理论 Pu （100） 2')" href="#">CO₂ 吸附和解离