HCN气体在金属Cu、Zn表面吸附的密度泛函研究

基于密度泛函理论方法研究了HCN气体在Cu(100)、Cu(110)、Cu(111)、Zn(100)、Zn(110)、Zn(111)表面上不同吸附位点的吸附性质,计算并分析了吸附能、电荷转移、电子态密度的特征。研究表明：HCN在Cu不同表面的吸附能分布在-0.42~-0.29 eV区间内,为物理吸附。HCN在Zn不同表面的吸附能相差较大,Zn(111)表面Hollow吸附位点的吸附能为-1.57 eV,为化学吸附。吸附能较大时对应的HCN的键长键角变化率较大。HCN在Zn表面的吸附要强于在Cu表面的吸附。HCN吸附在金属表面后,电子从吸附剂表面转移到HCN上,同一吸附剂表面不同吸附位点的吸附能越大,电子转移数量越多。吸附后HCN态密度曲线整体向低能级移动,峰值降低,其结构变得更加稳定。     

FeOx上AsH3吸附净化的密度泛函研究

基于密度泛函理论研究了AsH₃和O₂分子在α-Fe₂O₃(001)表面和FeO(100)表面的吸附及共吸附性质.结果表明：AsH₃和O₂分子在α-Fe₂O₃(001)表面最稳定的吸附构型都是Hollow吸附位点. AsH₃分子在FeO(100)表面最稳定的吸附位点为Top O吸附位点. O₂分子在FeO(100)表面最稳定的吸附位点为Hollow吸附位点. O₂分子在α-Fe₂O₃(001)和FeO(100)表面吸附后均被活化从而促进AsH₃分子的催化氧化. AsH₃分子在α-Fe₂O₃(001)表面最小的吸附能为-0.7991 eV,在FeO(100)表面最小的吸附能为-0.9117 eV.吸附值数据表明AsH     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

H2S在五边形BCN上的吸附与解离的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H2S分子在五边形BCN上的吸附与解离过程. 研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H2S分子的最稳定的活性吸附位点. H2S分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.208 eV,并形成稳定的HS/H产物. 深入研究发现,H2S分子初步解离后的五边形BCN表面,可直接分解后续吸附的H2S分子. 该研究结果为五边形BCN对H2S分子的吸附解离机制提供理论借鉴,并且首次提出五边形BCN可作为功能性材料净化有害气体H2S的理想候选者.     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息.这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2NH3COCH3NOHOHCH2CNSONCHC.在所有的原子中,O原子倾向于吸附在桥位,而其余的原子则倾向于吸附在空位.除N2之外的分子吸附物(CO、NO、NH3),最佳吸附位点均为四重空位,而N2的最稳定吸附位置为顶位.对于自由基吸附物(CH、CH2、CN、OH)而言,它们倾向于吸附在四重空位,而CH3则稳定吸附在桥位.     

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.     

H_2S,HS自由基以及S原子在Fe(111)表面吸附的密度泛函研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论方法,研究了不同覆盖度下H2S,HS自由基以及S原子在Fe(111)表面的吸附结构和吸附特性,计算了吸附能、功函数、差分电荷密度、态密度和电荷布居,讨论了覆盖度对表面吸附的影响作用,对比分析了H2S,HS自由基,S在Fe(111)表面的吸附强弱.研究结果表明:随着覆盖度的增大,吸附物与表面的作用力逐渐减弱;H2S,HS自由基,S三者与Fe(111)表面的作用力大小依次为:H2SHSS,表面容易形成FexSy腐蚀产物膜,只是随着覆盖度的不同,其致密度将发生变化.各吸附物在低指数晶面上的吸附结果表明:Fe(111)面吸附作用最强,而Fe(110)和Fe(100)吸附作用相对较弱,二者吸附能相差不大.     

气体分子在Co-BN表面吸附的第一性原理研究

采用包含色散力校正的密度泛函理论(DFT-D)方法系统地研究了气体分子(O2, H2, NO, CO, CO2, SO2, H2S, H2O)在Co掺杂单层BN(Co-BN)表面的吸附, 分析了吸附小分子的几何结构, 吸附能, 电荷转移等情况. 结果表明: 1) CO等气体分子主要吸附在Co及其近邻六元环的顶位, 吸附结构的电荷转移表明掺杂原子Co对BN衬底的气敏特性有较好的调制作用; 2) 在Co-BN表面吸附的O2和CO较易被活化, 表明Co-BN可能是一种对CO氧化有较好催化活性的新型催化材料.     

单原子Pt增强α-Mo_2C(0001)抗硫中毒特性机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理方法研究了α-Mo_2C(0001)表面和Pt/α-Mo_2C(0001)表面抗硫中毒特性及其机理.发现干净的Mo_2C(0001)表面对含硫物种(S、HS和H2S)吸附很强(吸附能分别为-6.46、-4.15和-1.54 e V),极易S中毒.Pt的引入可以减弱含硫物种在Mo_2C(0001)表面的吸附,当含硫物种在Pt/Mo_2C(0001)表面Pt原子周围吸附时吸附能较小,在Pt原子顶位吸附时吸附能最小,远离Pt原子吸附时吸附能增大.因此,Pt的引入对Pt周围催化活性位点避免硫原子中毒起到很好的保护作用,达到抗硫中毒效果.预期提高Pt原子覆盖度,可以进一步降低含硫物种与Mo_2C(0001)表面的相互作用,更好地抗硫中毒,为设计高活性、高抗硫中毒性的Mo_2C基催化剂提供理论依据.     

BTA在铜表面吸附的密度泛函理论研究

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了苯并三氮唑(BTA)分子吸附于铜表面的反应活性特征及其吸附在三种不同取向晶面时的电荷转移以及成键情况,结果表明：BTA分子的亲电和亲核活性中心为N(1)、N(2)和C(5),在铜表面垂直吸附时为化学吸附,Cu原子的最外层价电子转移到N(2)原子上,两者形成配位键;BTA分子在三种不同取向的铜表面吸附时的吸附能大小为：Cu(110)_x>Cu(100)_x>Cu(111)_x(x=T、B、H),T表示顶位,B表示桥位,H表示空位;BTA吸附在Cu(111)面的转移电荷量：T(顶位)>B(桥位)>H(空位).     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息. 这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2相似文献   

S钝化GaAs(100)表面的电子特性

用TB-LMTO方法研究单层的S原子在理想的GaAs (100) 表面的化学吸附, 对GaAs(100)表面是Ga-和As-中断两种情况分别进行考虑. 计算了S原子在不同位置的吸附能、吸附体系与清洁的GaAs(100)表面的层投影态密度, 以及电子转移情况. 结果表明, 两种情况下S原子都是桥位吸附最稳定, S-Ga相互作用比S-As稍强, S钝化GaAs(100)表面可以取得明显的钝化效果.     

奥硝唑在TiO_2(101)晶面上吸附特征的理论研究

奥硝唑残留是一种新兴污染物,对环境和人类健康具有巨大的威胁.采用密度泛函理论,研究了奥硝唑在锐钛矿TiO_2(101)晶面的吸附特性.优化了奥硝唑在锐钛矿TiO_2(101)晶面的吸附结构,计算了最佳吸附位点,吸附能,态密度,电子结构图.结果表明,当咪唑环上N(3)原子吸附在TiO_2的Ti(5)原子上时,吸附能最大,为最稳定的吸附构型.通过对吸附构型的分析,我们发现C(2)-N(3)键呈现变弱趋势,我们推测奥硝唑在TiO_2表面降解的可能性以及反应活性位点就是咪唑环上C-N键.     

Adsorption of H2O, OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PW91方法结合周期平板模型研究了H2O在CuCl (111)表面上的吸附及分解. 通过构型优化参数的计算和比较发现：对于O和OH,三重穴位吸附较为稳定,吸附能分别为309.5和416.5 kJ/mol;水分子与预吸附氧的表面作用时分解成为OH,并放热180.1 kJ/mol. 同时对于吸附前后的吸附O与表面Cu的伸缩振动频率、态密度以及吸附质与底物的电荷转移情况进行了计算和分析,并给出了可能的分解反应机理.     

MgO、SnO_2、TiO_2表面氧空位性质对气体光学传感特性的影响

光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子进行微观机理研究,研究不同氧化物表面吸附气体分子的机理.对氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等进行分析.研究发现:含有氧空位缺陷的MgO(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)能稳定的吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料.分析发现:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因.表面吸附CO分子后,发现SnO_2(110)表面对分子的吸附能最大,分子与表面的吸附距离最短.通过差分电荷密度和电荷布居数发现,表面与CO分子间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001),由此得出不同氧化物表面氧化性的大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001);通过对比吸收谱和反射谱发现:吸附气体分子后SnO_2(110)表面的光学性质变化最为明显,是一种较好的光学气敏传感材料.     

硫在Fe(111)面吸附的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了不同覆盖度下硫在Fe(111)表面的吸附构型和吸附特性,计算并分析了硫在Fe(111)表面的吸附能、电荷密度、分波态密度、电荷布局、电子局域化函数等数据.研究结果表明:S在Fe(111)面的H位吸附最稳定,并且吸附能随着覆盖度的增加而增加.另外,电子态密度、电子局域化函数和布局分析表明Fe、S之间呈较弱的共价键,这种作用力主要是Fe的3d轨道和S的3p轨道杂化所贡献,而随着覆盖度的增加,Fe、S之间的作用力逐渐减弱,这可能是由于S原子之间的排斥力减弱了Fe、S之间的作用.S在Fe(111)、Fe(110)和Fe(100)这三个晶面上吸附情况的对比分析发现,S与Fe(111)表面的相互作用最强,Fe(100)面次之,而Fe(110)面最弱.     

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.     

H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应.     

1,4-苯二硫醇的表面增强拉曼光谱和激发态的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311+g(d)(C,H,S)和Lanl2dz(Ag、Au)基组下对1,4-苯二硫醇分子及其复合物进行了结构优化和频率计算,得到了分子及其复合物稳定的化学构型和拉曼光谱。优化后的1,4-苯二硫醇分子的S—H键和苯环所在平面夹角为20.2°,分子非平面结构。模拟了金银团簇在苯硫醇分子表面的吸附行为,得到了金团簇和银团簇在分子表面的吸附方式,即,金团簇以接近平行的方向吸附于苯硫酚分子的表面而银团簇则以几乎垂直的方向吸附于分子表面。此外,还分析了静态极化率数值变化和自然键轨道(natural bond orbital,NBO)布局分析得到的电荷分布对拉曼光谱的强度变化的影响。复合物1,4-BDT-Au2,1,4-BDT-Ag2和三明治结构的Ag2-1,4-BDT-Au2拉曼光谱谱峰强度与静态极化率数值变化有很好的吻合。采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对Ag2-1,4-BDT-Au2复合物进行了激发态的分析计算,通过模拟吸收光谱和计算轨道跃迁单激发态,分析计算了三明治结构的电荷转移激发态,利用可视化的电荷转移,研究了表面增强拉曼(surface enhanced Raman scattering,SERS)化学增强机理。     

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.