硅表面上构筑烷烃单层膜的分子模拟

用分子力学方法模拟了十二烷烃在硅表面的单层膜的排列情况. 从中发现: 十二烷烃在硅表面的覆盖率约为50%, (8×8)大小的模拟格子即可描述烷烃链在硅表面的空间排列. 同时讨论了不同取代方式对单层膜的影响, 并比较了酯基和甲基终止的硅表面单层膜的空间排列方式, 模拟结果与实验测量基本吻合. 结果表明: 分子模拟方法可以作为实验手段的一种辅助工具, 在分子水平上为实验提供理论支持和微观信息.     

聚-γ-N(β-丁硫基)乙基胺丙基硅氧烷钯的合成及其在硅氢加成反应中的催化活性

报道了聚 -γ -N(β-丁硫基 )乙基胺丙基硅氧烷钯多齿配位络合物的合成及其在硅氢加成反应中的催化活性 ,该络合物在 110℃下硅氢加成中对 1-十二烯、癸烯、烯丙基苯基醚、苯丙烯表现出良好的催化活性 .使用 2 3 .2mg络合物 (含 4.9× 10 -6molPt)为催化剂、分别使用 1.9× 10 -3 mol1-十二烯、癸烯、烯丙基苯基醚、苯丙烯进行硅氢加成反应 ,在 0 .75h内产率超过 75 % .该催化剂存在半年以上活性无明显改变 ,催化活性随反应温度的升高而升高 ,该催化剂具有良好的回收再利用性能     

氢原子吸附的Cu(100)表面原子结构和电子态

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在不同覆盖度时氢原子的吸附状态. 研究结果表明, 在Cu(100)c(2×2)/H表面体系中, 氢原子吸附的位置是在空洞位置, 距最外层Cu原子层的距离为0.052 nm, 相应的Cu—H键长为0.189 nm, 并通过计算结构参数优化否定了其它的吸附位置模型. 总能计算得出Cu(100)c(2×2)/H表面的功函数为4.47 eV, 氢原子在这一体系的吸附能为2.37 eV(以孤立氢原子为能量参考点). 通过与衬底原子的杂化, 氢原子形成了具有二维特征的氢能带结构, 在费米能级以下约0.8 eV处出现的表面局域态是Cu(S)-H-Cu(S-1)型杂化的结果. 采用Cu(100)表面p(1×1)、p(2×2)和p(3×3)的三种氢吸附结构分别模拟1, 1/4, 1/9的原子单层覆盖度, 计算结果表明, 随着覆盖度的增加, 被吸附的氢原子之间的距离变短, 使得它们之间的静电排斥和静电能增大, 从而导致表面吸附能和吸附H原子与最外层Cu原子间垂直距离(ZH-Cu)逐渐减小. 在较低的覆盖度下, 氢原子对Cu(100)表面的影响主要表现为单个原子吸附作用的形式. 通过总能计算还排除了Cu(100)表面(根号2×2根号2)R45°-2H缺列再构吸附模型的可能性.     

氢终止金刚石表面的形成机理

为考察金刚石形成氢终止表面的反应机制,采用微波氢等离子体处理以及电阻丝氢气气氛加热处理进行对比研究.利用光发射谱(OES)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)分别表征了微波氢等离子体中的活性基团和金刚石表面氢终止浓度.结果表明,微波氢等离子体环境下,随着衬底温度、等离子体密度和能量的增加,温度至700 ℃ (800 W/3 kPa)时,等离子体中出现了明显的CH基团;相应地,金刚石表面氢终止浓度随温度、等离子体密度和能量的增加而增加.采用氢气气氛下电阻丝加热的方法同样形成了氢终止金刚石表面,表明微波等离子体处理金刚石表面形成氢终止主要源于由温度控制的表面化学反应,而非等离子体的物理刻蚀作用.氧终止金刚石表面形成氢终止的机制是表面C=O键在高于500 ℃时分解为CO,相应的悬挂键由氢原子或氢分子占据.     

氧化钒/多孔硅/硅结构的微观形貌、纳米力学及温敏特性

采用电化学腐蚀法在硅基片表面形成多孔硅, 利用直流对靶反应磁控溅射方法在不同电流密度条件下制备的多孔硅样品表面上溅射沉积了VOx薄膜, 获得了氧化钒/多孔硅/硅(VOx/PS/Si)结构. 采用场发射扫描电镜(FESEM)观测多孔硅及VOx/PS/Si结构的微观形貌, 采用纳米压痕仪器测量VOx/PS/Si结构的纳米力学特性, 通过电阻-功率曲线分析研究其温度敏感特性. 实验结果表明, 在40和80 mA·cm-2电流密度下制备多孔硅的平均孔径分别为18和24 nm, 用显微拉曼光谱法(MRS)测量其热导率分别为3.282和1.278 kW·K-1; VOx/PS/Si结构的电阻随功率变化的平均速率分别为60×10⁹和100×10⁹ Ω·W-1, VOx/PS/Si结构的显微硬度分别为1.917和0.928 GPa. 实验结果表明, 多孔硅的微观形貌对VOx/PS/Si结构的纳米力学及温敏特性有很大的影响, 大孔隙率多孔硅基底上制备的VOx/PS/Si 结构比小孔隙率多孔硅基底上制备的具有更高的温度灵敏度, 但其机械稳定性也随之下降.     

由光敏性全氢聚硅氮烷制备透明高硬Si—O微/纳米结构压印模板

面向可用作压印模板的透明高硬微/纳米结构的低成本制备,无机高分子全氢聚硅氮烷用甲基丙烯酸(2-异氰酸基乙酯)进行光敏改性,经FTIR,1H-NMR,13C-NMR等手段表征,推断获得的是甲基丙烯酸酯化的全氢聚硅氮烷(MPHPS),并以此为原料,用一种含氟聚合物(FP)模板,施加0.1～0.4 MPa的压力,紫外压印制备MPHPS的微结构,发现增加压力,压印复制效果提高,0.23 MPa可以完全复制FP模板的微结构.此外,在0.4 MPa的压力下也制备了分辨率为90 nm,70 nm的纳米级结构.随后在碱性条件下室温水解,MPHPS聚合物结构转化为Si—O无机结构,最终获得透明高硬结构,硬度4.5×103MPa,弹性模量115×103MPa.     

1,2-丁二烯到1,3-丁二烯异构化反应速率常数的理论计算

采用从头算方法在6-31G基组上研究了1,2-丁二烯到1,3-丁二烯异构化反应的反应机理.采用MP2方法对反应的活化位垒进行了相关能的校准.计算结果表明:该反应是一个途经自由基中间体的分步过程;在MP2/6-31G//UHF/6-31G+ZPE基础上,对应于TS1和TS2的活化位垒分别为64.95×4.184kJ/mol和64.10×4.184kJ/mol.在统一统计理论的基础上,计算了该反应在温度为1100～1600K区间的热速率常数值,计算结果可很好地用Arrhenius公式表达为:k(T)=2.4×10~(13)exp(-62.8×4.184kJ/RT)s.理论的研究结果与实验很好地相吻合.     

DFT Investigations About Pyrazine Molecules on Si（100）-2×1 Surface

It is important to understand the interface of aromatic molecules on semiconductor surfaces because of the rich functionality of such molecules on semiconductor surfaces. The chemisorption of pyrazine molecules on the Si （100）- 2×1 surface has been investigated using the B3LYP density functional theory with Si9H12 one-dimer and Si15Hl6 two-dimer cluster models. The calculated results predict that N-dative bonded-state, C2=C5 [E4＋2] and the tight- bridgel,2,5,6 products may coexist on the Si（100）-2 × 1 surface.[第一段]     

Au掺杂硅纳米线的稳定性和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 对Au掺杂[100]方向氢钝化硅纳米线(SiNWs)不同位置的形成能、能带结构、态密度及磁性进行了计算, 考虑了Au占据硅纳米线的替代、四面体间隙和六角形间隙的不同位置. 结果表明: Au偏爱硅纳米线中心的替代位置. Au掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级, 禁带宽度变窄. 对于Au替代掺杂, 杂质能级主要来源于Au的d、p态和Si的p态, 由于Au的d态和Si的p态的耦合, Au掺杂硅纳米线具有铁磁性. 对于间隙掺杂, 杂质能级主要来源于Au的s态, 是非磁性的. 另外, 根据原子轨道和电子填充模型分析了其电子结构和磁性.     

C~nSi(n=28,29)各种可能结构的理论研究

利用量子化学从头计算方法研究了C~nSi(n=28,29)各种可能的结构,研究结果表明:C~2~9Si为硅取代碳笼(Fullerens)中一个碳原子而形成的骨0架硅杂碳笼(Fullerenes),而且C~2~9Si最稳定结构是通过硅取代碳笼(C~3~0)最稳定结构中一个碳原子而得到.C~2~9Si比C~3~0有较低的稳定性和较高的化学活性.C~2~8Si有两种类型结构:(I)外接,(Ⅱ)缺位(hole-defect)型,即硅四连接型.计算结果表明,对C~2~8Si,外接硅型化合物更稳定,即(I)为主要成份.而且C~2~8Si最稳定结构是由C~2~8最稳定结构外接硅而形成.计算结果与实验观测一致。     

氢在钯单晶表面的解离与在体相的扩散

氢分子在金属表面的解离吸附与氢原子在金属体相的扩散是个典型的表面过程.前者在甲烷化及合成氨等基础化工反应中起着关键作用;后者常常导致金属材料的脆化与断裂,但过渡金属及其合金是安全和优良的储氢材料.因此,研究氢分子在金属表面的解离吸附与氢原子在金属体相的扩散,是多相催化与金属物理广泛感兴趣的课题,具有重要的理论和应用价值.本文采用分子动力学方法初步探讨了二者之间的关联.分子催化动力学为从微观层次上研究上述课题提供了一种理论方法.本文采用经过我们改进的半经验LEPS方法,计算了氢分子在Pd(100)和(110)晶面的解离和氢原子在钯表面与体相扩散的相互作用位能面,并根据计算结果探讨了其微观机理.     

可控降解超支化聚碳硅氮烷的合成与表征

通过锂化四甲基二乙烯基二硅氮烷分别与甲基氢二氯硅烷和二甲基氢氯硅烷的亲核取代反应合成了AB4和AB2型单体AB4M和AB2M,两种单体通过Karstedt催化剂催化的硅氢加成反应分别生成聚碳硅氮烷PAB4M和PAB2M.单体和聚合物的结构通过FT-IR、1H-NMR、13C-NMR、29Si-NMR和体积排除色谱-多角度激光光散射联用(SEC-MALLS)技术进行了表征,结果表明,单体的结构与设计结构相符合;单体聚合时主要以α-硅氢加成方式为主;聚合物具有超支化结构并由N(Si—C)3链节和大量端基双键组成.PAB4M和PAB2M的重均分子量分别为7800和5860g/mol,分子量分布系数分别为2·54和2·31·对PAB4M稳定性的初步研究表明,该聚合物对氯硅烷和在中性条件下对水稳定,但在HCl水溶液中可以降解,且通过控制HCl浓度可以调节其降解速度,从而实现对其控制降解.     

硅(100)非重构表面上乙炔吸附反应的理论研究

采用量于力学AM1半经验分子理论轨道方法计算了在Si(100)非重构光滑附氢表面上乙炔化学吸附反应过程中的体系生成热,由此得到各步骤反应的活化焓和反应热数值.结果表明,乙炔分子容易在Si(100)表面上形成稳定的双位σ键吸附.     

理论研究H原子与SiHF3的抽提反应

对H和SiHF₃的反应进行了详细的理论研究. 用从头算(UMP2)方法研究了其机理, 结果表明抽提氢是惟一可行的反应通道, 抽提氟的通道由于具有较高的势垒而难以进行. 用变分过渡态理论加小曲率隧道效应对该反应进行了动力学研究, 得到200~3000 K温度范围内的速-温关系式为: k(T) = (9.74×10^-22)T ^{3.22exp(-856/T).}     

CHF_3与O(~3P)反应机理的理论研究

采用从头算MP2/6-311G(d,p)方法研究了CHF3与O(3 P)的反应机理,优化了所有反应物、产物和过渡态的几何构型,并通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)方法确证了过渡态的真实性.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上精确计算了各反应物种的单点能.结果表明,标题反应共存在4类反应,分别为抽提氢反应(R1)、抽提氟反应(R2),消氟化氢反应(R3)和消氢反应(R4),在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//MP2/6-311G(d,p)水平上,R1,R2,R3和R4反应的能垒分别为70.7,378.7,294.7和307.2kJ·mol-1,抽提氢反应为主反应通道.     

Theoretical Calculations on Amphoteric Adsorptions of the Hydrogenated C(100)-2×1 Surface

In this work we study the adsorptions of some small molecules or group on the hydrogenated C(100)-2×1 surface using density functional theory method. The calculated results show that the ionization potential (IP) of the hydrogenated C(100)-2×1 surfaces after adsorption has amphoteric characteristics. From the weak basic NH3 molecule with small IP and negative electron affinity (EA), through the neutral H2O molecule, to the weak acid HF molecule and the OH group with large EA and IP, the IP values of the adsorbed diamond surfaces vary from decrease, through invariability, to slight increase for HF and obvious increase for OH. In all adsorption species, only the OH group makes the hydrogenated C(100)-2×1 surface change to the metal from the semiconductor with a wide-band gap, while the others only introduce impurity states into the electronic structures of the hydrogenated C(100)-2×1 surfaces.     

氢原子在Ti(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了氢原子的污染对于Ti(0001)表面结构的影响. 通过PAW总能计算研究了p(1×1)、p(1×2)、3^1/2×3^1/2R30[deg]和p(2×2)等几种氢原子覆盖度下的吸附结构, 以及在上述结构下Ti(0001)面fcc格点和hcp格点的氢原子吸附. 结果表明, 在p(1×1)-H、p(1×2)-H、3^1/2×3^1/2R30[deg]-H和p(2×2)-H几种H原子覆盖度下, 以p(1×1)-H结构的单个氢原子吸附能为最大. 在p(1×1)-H吸附结构下, 由于氢原子吸附导致的Ti(0001)表面Ti原子层收缩的理论计算数值分别为-2.85%(hcp吸附)和-4.31%(fcc吸附), 因此实际上最有可能的情况是两种吸附方式都有一定的几率. 而实验中观察到的所谓“清洁”Ti(0001)表面实际上是有少量氢原子污染的表面. 不同覆盖度和氢分压下, 氢原子吸附的污染对Ti(0001)表面结构有极大的影响, 其表面的各种特性都会随覆盖度的不同而产生相应的变化.     

硅表面上构筑具有化学特性的图形的新方法

为了在硅基底上得到不同化学基团修饰的图形,在氢终止硅（111）表面运用光刻技术和光化学反应结合来控制表面成膜反应的位置,并用AFM、XPS、接触角测定等验证了这种方法的可行性.     

Studies of the Methane Steam Reforming Reaction at High Pressure in a Ceramic Membrane Reactor

The effects of temperature and pressure on the steam reforming of methane 3H2+CO) were investigated in a membrane reactor (MR) with a hydrogen permeable membrane. The studies used a novel silica-based membrane prepared by using the chemical vapor deposition (CVD) technique with a permeance for H2 of 6.0×l0-8 mol·m-2·s-1·Pa-1 at 923 K. The results in a packed-bed reactor (PBR) were compared to those of the membrane reactor at various temperatures (773-923 K) and pressures (1-20 atm, 101.3-2026.5 kPa) using a commercial Ni/MgAl2O4 catalyst. The conversion of methane was improved significantly in the MR by the countercurrent removal of hydrogen at all temperatures and allowed product yields higher than the equilibrium to be obtained. Pressure had a positive effect on the hydrogen yield because of the increase in driving force for the permeance of hydrogen. The yield of hydrogen increased with pressure and reached a value of 73×10-6 mol·g-1·s-1 at 2026.5 kPa and 923 K which was higher by 108% than the value of 35×10-6 mol·g-1·s-1 obtained for the equilibrium yield. The results obtained with the silica-based membrane were similar to those obtained with various other membranes as reported in the literature.     

富勒烯结构Si60的从头算研究

采用量子化学从头算方法, 系统地研究了Si60-Ih及其各种降低对称性后的扭曲构型的稳定性. 找到了5个低能量低对称性(对称性分别为T, Ci, C1, CS和C2) Si60的稳定结构. 分析计算结果表明, 典型的低能量Si60结构对应着一些硅原子凸出球外和一些硅原子凹进球内, 部分Si原子间的成键呈sp3杂化方式.