SiO2-羟基表面上金属原子的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了SiO₂-羟基表面上几种金属原子的吸附性质，发现In和Ga在SiO₂-羟基表面上的结合很弱，而Fe，Co， Ni在该表面上与Si，O形成强的化学键.等势能面和扩散势垒计算表明In (Ga)的扩散激活能只有0.1—0.3 eV，表明这两种原子容易在表面上扩散.这些结果可以定性地解释纳米合成中的一些实验现象. 关键词： 第一性原理 表面扩散 结合能 金属原子     

金属氢化物力学性能的第一性原理研究

采用第一性原理方法详细研究了氟化钙结构的多种金属氢化物MH₂ (M= La, Nd, Gd, Tb, Y, Dy, Ho, Er, Lu, Sc, Ti, Zr, Hf)的力学性质(弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量).计算结果表明, MH₂ (M= La, Nd, Gd, Tb, Y, Dy, Ho, Er, Lu, Sc)在低温下具有稳定的氟化钙结构,其抵抗体积形变, 切应变和拉伸(或压缩)形变的能力从LaH₂, NdH₂, GdH₂, TbH₂, YH₂, DyH₂, HoH₂, ErH₂, LuH₂到ScH₂逐次递增, 而MH₂ (M= Ti, Zr, Hf)在低温下的氟化钙结构不稳定.通过对两种稳定的氢化物(TbH₂, ErH₂) 和两种不稳定的氢化物(TiH₂, HfH₂)的电子态密度以及差分电荷密度进行对比, 发现它们的稳定性与金属和氢之间的相互作用有密切关系.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构, 电子结构和磁性性质. 研究发现, 吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移; 吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级; 各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化, 局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

5d过渡金属原子掺杂氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了当氮化硼纳米管（BNNT）中的B原子和N原子被5d过渡金属原子（Lu,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au,Hg）取代时BNNT的几何结构、电子结构和磁性性质. 作为对比,给出了理想BNNT,B缺陷体系（V_B）和N缺陷体系（V_N）的相应结果. 研究发现：5d原子取代B（B_5d）时体系的局域对称性接近于C_3v,但是取代N（N_5d）时体系的局域对称性偏离C_3v对称性较大;利用相同的5d原子进行掺杂时,B_5d的成键能比N_5d的成键能大;对于B_5d或者N_5d,其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低;掺杂体系中出现了明显的杂质能级,给出了态密度等结果;不同掺杂情况的磁矩不同,取代B 时体系的总磁矩呈现出较强的规律性. 利用对称性和分子轨道理论解释了5d原子取代B时杂质能级的产生和磁性的变化规律. 关键词： 第一性原理计算 5d过渡金属原子 氮化硼纳米管 密度泛函理论     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构,电子结构和磁性性质.研究发现,吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移;吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级;各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化,局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

过渡金属氮化物中单原子固溶和力学性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,计算Si原子在Ti族和V族氮化物中以及B、C和Ge原子在TiN晶体中固溶的稳定结构,讨论置换型和间隙型固溶的低能量稳定结构与晶体间距的关系,研究金属氮化物和固溶原子固溶结构的力学性能.结果表明:Si原子在TiN、ZrN、HfN和TaN晶体中固溶以及Ge原子在TiN晶体中固溶情况为,单原子不进入对应过渡金属氮化物晶体中形成间隙固溶或置换固溶,随着晶体间距离变化单原子可以在晶体之间形成间隙固溶或置换固溶;Si原子在NbN以及B原子在TiN晶体中可以实现间隙固溶,而不能形成置换固溶;Si原子在VN和C原子在TiN晶体中固溶结构形式均为置换固溶.单原子固溶形成低能量置换型固溶体和间隙型固溶体的弹性常数、体模量和剪切模量均低于原过渡金属氮化物的对应值.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N2、NH3、NO、CO等分子和CH3、CH、CH2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附. 从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N2相似文献   

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N_2、NH_3、NO、CO等分子和CH_3、CH、CH_2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附.从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N_2NH_3COCH_3NOHOHNCH2OSCHC.原子类吸附物中H、N、O的最稳定吸附位均为桥位,而S、C则倾向于四重空位.所研究的分子吸附物(N_2、NH3、CO、NO),N_2和NH_3有且只有一种顶位吸附结构,CO和NO均优先吸附在空位.自由基吸附物(CH、CH_2、CH_3、OH)在Pt(100)表面上的吸附,CH_3优先吸附在顶位,CH_2、OH它们的最稳定吸附位均为桥位.原子、分子和自由基吸附后,会引起Pt(100)原子层间距的改变.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N2、NH3、NO、CO等分子和CH3、CH、CH2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附. 从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N2相似文献   

SrTiO3(001)表面上Au和N原子相互作用的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了SrTiO₃(001)表面上Au和N原子间相互作用的微观机理.通过比较分析N置换表面层O原子前后SrTiO₃(001)表面吸附Au原子体系的相关能量和电子结构,发现SrTiO₃(001)表面吸附Au原子和N替代表面层O原子的置换过程二者之间存在明显的"协同效应",即N原子置换SrTiO₃(001)表面层O原子的过程增强了相应表面吸附Au原子的稳定性,而SrTiO关键词： 表面结构 相互作用 第一性原理     

Palladium atoms and its dimers adsorbed on graphene: First-principles study

In this work we have studied the stabilty, electronic and magnetic properties of Pd adatoms and dimers adsorbed on graphene system using first-principles calculations. The adsorption energies for Pd adatom and its dimer have been found to range from −0.986 to −1.135 eV and −0.165 to −1.101 eV, respectively, which signify stable configuration and future utilization of this system in catalysis. A shift but no separation of π and π^? bands at the Dirac point has been observed in case of Pd dimer adsorption in perpendicular configuration, which can be accounted for the breaking of symmetry of the graphene structure due to adsorption. 64-68% spin polarization P(E_F) and 1.944-1.990 μ_B magnetic moment have been observed for Pd dimers adsorbed on graphene in perpendicular configuration for different sites. The unequal values of partial density of states for 4d and 5s orbitals of Pd dimers at Fermi level have been found to be responsible for the generation of high spin polarization.     

First-principles study of graphyne on SiO2

Employing first-principles density-functional calculations, we study the rectangularly symmetric 6,6,12-graphyne deposited on an SiO₂ surface. We show that, on a substrate without H-passivation, the carbon layer (distorted from the planar structure) is covalently bonded to the substrate and, on a substrate with H-passivation, the graphyne (still keeping the planar structure) exhibits a weak van der Waals (vdW) bonding to the underlying structure. But the characteristic spectrum of the free-standing graphyne does not appear in both cases. The results suggest that, even the graphyne in planar geometry, a small planar irregular deformation induces the gap opening at the Dirac points.     

硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了硅烯饱和吸附碱金属元素原子的稳定性、微观几何结构和电子性质, 并与纯硅烯及其饱和氢化结构进行了对比分析. 研究发现复合物SiX(X=Li, Na, K, Rb)的形成能都是负的, 相对于纯硅烯来说可以稳定存在. Bader电荷分析表明, 电荷从碱金属原子转移至硅原子. 从成键方式来看, 硅烯与氢原子形成共价键, 而与碱金属原子之间形成的键主要是离子性成键, 但还存在部分共价关联成分. 能带计算表明, 锂原子饱和吸附在硅烯形成的复合物SiLi是直接带隙的半导体, 带隙大小为0.34 eV. 其他碱金属饱和吸附在硅烯上形成的复合物都表现为金属性.     

First-principles study of carbon atoms adsorbed on MgO(100) related to graphene growth

We have performed density functional theory calculations to understand the initial growth of graphene by studying the adsorption of carbon atoms on the oxide substrates such as magnesium oxide. For adsorption behaviors of carbon atoms on the MgO(100) surface, their adsorption geometries and binding energies are calculated. The binding of a carbon atom is the most stable at the on-top oxygen site on MgO(100). Such strong C–O binding is analyzed by examining the projected density of states. Then, we also increase the number of carbon atoms on MgO(100) to investigate their adsorption behaviors. Due to strong binding between carbon atoms, adsorbed carbon atoms form chain-like or graphene-like structures on the surface. Combined with relatively strong C–O binding, this result may explain the graphene growth on MgO(100) observed in available experiments.     

Photostimulated diffusion of atoms adsorbed on a solid surface

A new light-induced effect—surface photodiffusion—is found in the processes of transfer on a solid surface. The essence of the effect is that the energy of electronic excitation of an adsorbed atom is transformed into that of its motion over the surface. It is shown that, under nonuniform illumination of the surface, the adsorbed atoms are moved away from the illuminated region, with the atomic concentration at the boundary between the illuminated and dark regions exceeding the equilibrium value. The dark and photoinduced diffusion coefficients are measured, and the value of the diffusion barrier height is estimated.     

第一性原理研究O2和H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O2和H2O单分子在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为。吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位,同时也考虑了其它可能的吸附行为。对于O2在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了9个模型,H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了12个模型。通过形成能计算发现,O2在表面上的吸附为正值,H2O的吸附为负值。O2和H2O单分子在表面上发生分子吸附,未见解离形态。对于O2吸附最稳定的结构是O2分子与表面相邻的Zn原子形成了Znslab1-Oads1-Oads2-Znslab2桥连键。其它较为稳定的结构是Oads1原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,在表面上形成了Znslab1-Oads1键,同时Oads2原子扩散至表面沟渠上方。对于H2O吸附,不论以何种方式吸附结构都比较稳定。其中最稳定的构型是Oads迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab3-H氢键。另外较稳定的构型是Oads迁移到ZnO (101 ̅0)表面台阶上方,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab1-H氢键。     

Elastic interaction of two atoms adsorbed on a solid surface

The long-range interaction of two adsorbed atoms mediated by the elastic distortion of the substrate is calculated classically for an elastically isotropic substrate. For identical atoms, the interaction is repulsive; for different atoms, it can be repulsive or attractive. It varies as ρ^?3 with the distance ρ between the two adsorbed atoms. This is the same spatial dependence as for the dipole - dipole interaction between two adsorbed atoms. For two xenon atoms adsorbed on gold, the elastic interaction is somewhat smaller than the dipole-dipole interaction. The interaction energy is inversely proportional to the shear modulus of the substrate, so that it may become quite large near a distortive phase transition.     

Fast ortho-para conversion of H2 adsorbed at copper surface step atoms

Ortho-para conversion of H2 adsorbed at the step atoms of a Cu(510) surface proceeds with a short conversion time constant around 1 s as observed in electron-energy-loss measurements of rotational populations. We suggest that this rapid conversion is related to the special character of the adsorption state, which involves a short H2-Cu bond length of 1.8 A. On the flat Cu(100) surface, conversion is found to occur at active sites, most likely step atoms.     

铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理

联苯烯单层由碳原子的四元、六元和八元环组成,具有与石墨烯相似的单原子层结构.2021年5月,Science首次报道了该材料的实验合成,引起了科研工作者的极大关注.基于第一性原理的密度泛函方法,研究了铁原子在联苯烯单层的吸附构型并分析了其电子结构.结构优化、吸附能和分子动力学的计算表明,联苯烯单层的四元环空位是铁原子最稳定的吸附位点,吸附能可达1.56 eV.电子态密度计算表明铁3d电子与碳的2p电子有较强的轨道杂化,同时电荷转移计算显示铁原子向近邻碳原子转移的电荷约为0.73个电子,说明联苯烯单层与吸附的铁原子之间形成了稳定的化学键.另外,铁原子吸附于联苯烯单层后体系显磁性,铁原子上局域磁矩大小约为1.81μB,方向指向面外.因此,本文确认了联苯烯单层是比石墨烯更好的铁原子吸附载体且体系有磁性,这为研究吸附材料的电磁、输运、催化等特性提供了新的平台.