ZnS薄膜原子层沉积机理的密度泛函理论研究

使用密度泛函方法研究了以二乙基锌(DEZn)和H2S作为前驱体在硅表面原子层沉积ZnS的初始反应机理.ZnS薄膜的原子层沉积包括2个连续的"半反应":即DEZn与H2S"半反应".研究显示:DEZn与H2S"半反应"都经历了一个C2H6消去过程.通过对比在单硫氢基及双硫氢基硅表面上的反应,发现邻位硫氢基的存在有利于前驱体分子的吸附并能够降低反应活化能,这意味着双硫氢基硅表面上的反应是能量上更有利的反应.另外,也发现DEZn"半反应"比H2S"半反应"更容易进行.     

ZrO2在Si(100)-2×1表面原子层淀积反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函方法研究了ZrO₂在羟基预处理的Si(100)-2×1表面原子层淀积(ALD)初始反应过程的反应机理, ZrO₂的ALD过程包括两个前体反应物ZrCl₄和H₂O交替的半反应. 两个半反应都经历一个相似的吸附中间体反应路径. 比较单羟基Si表面反应的反应焓变, 可以发现双羟基Si表面反应, 由于相邻羟基的存在, 对ZrCl₄的半反应影响较大, 尤其是化学吸附能增加明显. 而对于H₂O的半反应, 单、双羟基Si表面反应的能量变化不是很明显. 使用内禀反应坐标(IRC)方法, 验证了两个半反应存在相似的过渡态结构和反应机理. 另外, 发现随着温度的升高, 吸附络合物的稳定性降低, 其向反应物方向的解吸附变得容易, 而向产物方向的解离难度增加.     

ZrO2在Si(100)-2×1表面原子层淀积反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函方法研究了ZrO₂在羟基预处理的Si(100)-2×1表面原子层淀积(ALD)初始反应过程的反应机理, ZrO₂的ALD过程包括两个前体反应物ZrCl₄和H₂O交替的半反应. 两个半反应都经历一个相似的吸附中间体反应路径. 比较单羟基Si表面反应的反应焓变, 可以发现双羟基Si表面反应, 由于相邻羟基的存在, 对ZrCl₄的半反应影响较大, 尤其是化学吸附能增加明显. 而对于H₂O的半反应, 单、双羟基Si表面反应的能量变化不是很明显. 使用内禀反应坐标(IRC)方法, 验证了两个半反应存在相似的过渡态结构和反应机理. 另外, 发现随着温度的升高, 吸附络合物的稳定性降低, 其向反应物方向的解吸附变得容易, 而向产物方向的解离难度增加.     

铁酸锌(311)表面结构的密度泛函理论研究

利用原子层沉积技术（ALD）合成了铁酸锌（ZnFe₂O₄）纳米颗粒。基于密度泛函理论和原子热力学的方法,计算了ZnFe₂O₄的结构、磁性和电子性质,研究了ZnFe₂O₄（311）面六种不同终结面的稳定性与氧化学势和锌化学势的关系。结果表明,ZnFe₂O₄是具有正尖晶石结构的半导体,禁带宽度为1.91 eV,且具有反铁磁性。在ZnFe₂O₄可以稳定存在的化学势范围内,O₁、O₂、Fe₂、Zn₂四种终结面可以稳定存在,且具有不同的稳定区间。在富锌条件下（△μ_Zn=0 eV）,O₁终结面在大部分O化学势范围内最稳定,在贫锌条件下（△μ_Zn=-3.88 eV）,O₂终结面变得最稳定。     

Au(111)表面上乙醇选择性氧化反应机理的密度泛函理论研究(英文)

采用密度泛函理论研究了吸附有O原子的Au(111)表面上乙醇选择性氧化的反应机理.反应结果表明,除O原子和中间产物二齿醋酸根(CH3CHOO)外,其他中间产物在Au(111)表面扩散能垒均较低,不会对反应速控步骤的确定造成影响.乙醇羟基氧化脱氢为反应的第一步骤,当氧化剂为吸附态的O原子或者为OH基时,反应活化能分别为0.20和0.17eV.氧化产物乙氧基(CH3CH2O)进一步氧化脱氢生成乙醛则需要表面吸附的O原子或另一表面吸附的OH基的参与,所需活化能为0.29或0.27eV.同时,乙醛易与表面吸附的乙氧基反应生成乙氧基半缩醛(CH3CHOOC2H5),其可进一步与O原子作用,脱氢形成乙酸乙酯.此外,在乙醛深度氧化成酸的过程中需要克服较高的反应能垒,因而在表面反应温度较低时无法进行,这与实验结果相符.     

乙烷在V2O5(001)表面深度氧化反应机理的周期性密度泛函理论研究

采用周期密度泛函理论研究了V₂O₅ (001)表面乙烷深度氧化过程.结果表明,乙醛是主要的副产物,且脱附态的乙醛能很容易被氧化成乙酸,但多数乙醛在从表面脱附前已被氧化成CO_x.显然,在乙烷氧化脱氢反应的最终产物CO_x主要来源于乙醛.     

噻吩在Ni(100),Cu(100),Co(100)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论对噻吩分子在Ni(100),Cu(100)和Co(100)表面的吸附构型进行了GGA/PBE水平上的计算,通过比较吸附能及各结构参数,预测了各金属的脱硫活性.结果表明:噻吩在Ni表面发生了作用力较强的化学吸附,噻吩的S—C键有解离趋势;在Cu表面发生的是作用力较弱的物理吸附,噻吩分子构型并未发生较大变化;而噻吩在Co表面的吸附作用最强,噻吩的S—C键已经发生解离,和Co原子之间的距离已经达到甚至短于Co—S键的键长.这说明,金属的吸附脱硫活性为CoNiCu,与实验研究结果一致.此3种金属最稳定的分子吸附位均为hol45位.     

二甲醚在Pt(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法结合周期性平板模型,研究了二甲醚(DME)分子在Pt(100)表面上的吸附.通过对不同吸附位(顶位、空位和桥位)下的几何结构、吸附能和mulliken电荷布局计算发现,吸附后C-O键和C-H键都有不同程度的伸长,top位的吸附能最大,hcp位最小;top位吸附有利于C-O键的断裂,bri位吸附则更利于C-H键的断裂。     

贵金属原子在CeO2(111)表面吸附的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论系统研究了贵金属原子(Au、Pd、Pt和Rh)在CeO₂(111)表面的吸附行为。结果表明,Au吸附在氧顶位最稳定,Pd、Pt倾向吸附于氧桥位,而Rh在洞位最稳定。当金属原子吸附在氧顶位时,吸附强度依次为Pt > Rh > Pd > Au。Pd、Pt与Rh吸附后在Ce 4f、O 2p电子峰间出现掺杂峰;Au未出现掺杂电子峰,其d电子峰与表面O 2p峰在-4～-1 eV重叠。态密度分析表明,Au吸附在氧顶位、Pd与Pt吸附在桥位、Rh吸附在洞位时,金属与CeO₂(111)表面氧原子作用较强,这与Bader电荷分析结果相一致。     

基于密度泛函理论计算的CO2在SrTiO3(100)表面的吸附

通过密度泛函理论的第一性原理,模拟了CO2分子在SrTiO3(100)表面TiO2-和SrO-位点上的吸附行为,获得了CO2在几种不同吸附模型下的结构参数及表面吸附能,进而研究了吸附机理和结构稳定性.计算结果表明,当CO2的C原子吸附在SrTiO3(100)表面SrO-及TiO2-位点的氧原子上时,吸附结构较稳定,尤其是C、O原子共吸附在TiO2-位点时最稳定,而其余吸附模型则不稳定.对吸附稳定模型的Mulliken布局数及态密度分析显示:CO2分子在SrTiO3(100)表面吸附主要是由于SrTiO3(100)面的电子跃迁至CO2分子,CO2分子得到电子形成弯曲的CO2-阴离子结构,并伴随着C-O键的伸长,从而达到吸附活化CO2的目的.     

六核钽铑二元混合簇合物的几何和电子结构

采用密度泛函理论对六核钽、铑八面体纯簇及其混合簇的几何结构和电子性质进行了研究.计算结果表明:大部分钽铑混合簇稳定构型的对称性均较低,为C1或Cs点群,只有[Ta2Rh4Cl4H8(CN)6]4-团簇的稳定构型对称性较高,为C2h或C4v点群;混合簇的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)能隙(ΔEH-L)均较小,介于0.52-1.00eV之间;混合簇的前线轨道主要由骨架金属原子的d电子贡献,随着Rh原子替代Ta原子个数的递增,Ta—Rh键对混合簇稳定构型所起作用逐渐增加,Ta—Ta键所起作用减小,而Rh—Rh键为非键或反键性质.     

Sn_nSm(n=1～9)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用Saunders全局优化随机踢球模型与密度泛函理论相结合的方法,在B3LYP/SDD理论水平下研究了锡基原子团簇Sn_n(n=2~10)及锡基稀土原子钐掺杂团簇Sn_nSm(n=1~9)的几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明,团簇Sn_nSm(n=1~9)中掺杂的钐原子通常位于主团簇的表面,掺杂团簇的基态结构更倾向于具有较高对称性的三维结构;二元锡基混合团簇的平均结合能变大,稳定性增强,这主要归因于Sn—Sm键比Sn—Sn键的键能大,具有更强的相互作用;掺杂团簇具有较高的磁性,其总磁矩主要源自于钐原子4f电子的贡献;随着团簇尺寸的增加,二元团簇的总磁矩呈现出趋于饱和的现象.     

The Beijing four-component density functional program package (BDF) and its application to EuO, EuS, YbO and YbS

A four-component density functional program package (Beijing Density Functional), suitable for the calculation of total-energy-related chemical properties of systems containing heavy atoms, was developed. The code is based on modern sophisticated exchange-correlation functionals and was applied to calculate the spectroscopic constants of the lanthanide diatomic molecules of EuO, EuS, YbO and YbS. It is suggested that the experimental bond lengths for EuS and YbS, derived from empirical interpolations, need to be revised. Relativistic effects on the electronic structure are discussed and compared with results from previous work. The involvement of the lanthanide valence orbitals in chemical bonding is investigated with a newly developed population and bonding analysis approach. Received: 11 November 1996 / Accepted: 5 March 1997     

石墨炔原子催化剂的崭新道路:基于自验证机器学习方法的筛选策略

近年来, 原子催化剂(ACs)引起了广泛的研究关注. 目前该领域的长足发展受限于贵金属的使用和单原子催化剂(SACs)的性能有限. 本文总结了利用密度泛函理论(DFT)和机器学习(ML)方法筛选高效的基于石墨炔(GDY)的原子催化剂的工作. 研究表明, Pd, Co, Pt和Hg可以形成稳定的零价过渡金属-石墨炔组合(TM-GDY), 而镧系-过渡金属的双原子催化剂(Ln-TM DAC)组合通过f-d轨道耦合作用可以获得有效的催化性能提升. 进一步分析表明, 主族元素与过渡金属和镧系金属的结合可以通过p轨道耦合保持高电活性, 从而构成高度稳定的GDY-DAC系统, 机器学习算法也揭示了s,p轨道的作用. 此外, 理论算法技术在筛选催化水分解析氢反应(HER)的高效组合上也表现出了优越性, 创新性地预测了石墨炔-原子催化剂在实际催化反应中的潜能. 本综合评述可为未来设计新型原子催化剂提供新的思路与策略.     

配体氮上取代基对二齿双氨基脒钴(II)型ALD前驱体稳定性的影响

新型的二齿双氮基脒金属前驱体bis-amidinate在原子层气相沉积(ALD)中表现出了广阔的应用前景. 前驱体适用性取决于其是否具备适当的稳定性, 而bis-amidinate型前驱体的稳定性可由侧链取代基上β基团的迁移重排来表征. 利用密度泛函理论方法研究了配体氮原子上不同取代基对bis-amidinate型Co前驱体稳定性的影响. 结果表明, β-H的迁移较β-Me的迁移相对容易, 而β基团在不同取代基前驱体中的迁移能力次序为: 异丙基(β-H)＞2-丁基(β-H)＞叔丁基(β-CH₃)