Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对过渡金属Ni晶体与Ni (111)表面的结构和电子性质进行了研究, 并探讨了单个C原子在过渡金属Ni (111)表面的吸附以及两个C原子在Ni(111)表面的共吸附. 能带和态密度计算表明, Ni晶体及Ni (111)表面在费米面处均存在显著的电子自旋极化. 通过比较Ni (111)表面各位点的吸附能,发现单个C原子在该表面最稳定的吸附位置为第二层Ni原子上方所在的六角密排洞位, 吸附的第二个C原子与它形成碳二聚物时最稳定吸附位为第三层Ni原子上方所在的面心立方洞位. 电荷分析表明,共吸附时从每个C原子上各有1.566e电荷转移至相邻的Ni原子, 与单个C原子吸附时C与Ni原子间的电荷转移量(1.68e)相当. 计算发现两个C原子共吸附时在六角密排洞位和面心立方洞位的磁矩分别为0.059μ_B和 0.060μ_B,其值略大于单个C原子吸附时所具有的磁矩(0.017μ_B).     

用低能电子衍射研究清洁的镍(001)、(110)和(111)表面的驰豫

在本文里,我们用一维的能带理论研究清洁的镍(001)、(110)和(111)表面的弛豫.我们考虑用一个复数势场函数(U_0+iw_0),这里U_0和W_0是复数势场函数的实部和虚部,它们表示电子在清洁的镍(001)、(110)和(111)表面上的弹性、准弹性和非弹性散射势场,我们发现,当清洁的镍(001)、(110)和(111)表面分别弛豫+2.5％、—5.o％和+1.25％时,计算和观测的结果相一致,     

NH3在Ni/Pt(111)和Ni/WC(001)表面上分解的第一性原理研究

采用密度泛函理论和slab模型,研究NH₃在Ni单原子层覆盖的Pt（111）和WC（001）表面上的物理与化学行为,计算了Ni单原子覆盖表面的电子结构以及NH₃的吸附与分解.表面覆盖的单原子层中,Ni原子的性质与Ni（111）面上的Ni原子明显不同.与Ni（111）相比,Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）表面上Ni原子dz²轨道上的电子更多地转移到了其它位置,该轨道上电荷密度降低有利于NH₃吸附.在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上NH₃吸附能均大于Ni（111）,NH₃分子第一个N-H键断裂的活化能则明显比Ni（111）面上低,有利于NH₃的分解,吸附能增大使NH₃在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上更倾向于分解,而不是脱附.N₂分子的生成是NH₃分解的速控步骤,该反应能垒较高,说明N₂分子只有在较高温度下才能生成.WC与Pt性质相似,但Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）的电子结构还是有差异的,与Ni（111）表面相比,NH₃在Ni/Pt（111）表面上分解速控步骤的能垒降低,而在Ni/WC（001）上却升高.要获得活性好且便宜的催化剂,需要对Ni/WC（001）表面做进一步改进,降低N₂分子生成步骤的活化能.     

Ni(111)表面一氧化碳和氢共吸附的密度泛函理论研究

本文用密度泛函理论(DFT)的总能计算研究了一氧化碳和氢原子在Ni(111)表面上p(2×2)共吸附系统的原子结构和电子态，结果表明CO和H原子分别被吸附于两个对角p(1×1)元胞的hcp和fcc位置.以氢分子和CO分子作为能量参考点，总吸附能为2.81 eV，相应的共吸附表面功函数φ为6.28 eV.计算得到的C—O，C—Ni和H—Ni的键长分别是1.19?, 1.96?和 1.71?，并且CO分子以C原子处于hcp的谷位与金属衬底原子结合.衬底Ni(111)的最外两层的晶面间距在吸附后的相对变化分别是 关键词： Fisher-Tropsch反应 催化作用 Ni(111) p(2×2)/(CO+H) 共吸附     

多重散射团簇理论对CO/NiO(100),NO/NiO(100)吸附系统的分析与比较

用多重散射团簇(MSC)理论对CO/NiO(100)和NO/NiO(100)吸附系统的C1s近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)和N1sNEXAFS谱进行了详细的计算和分析.理论计算表明CO/NiO(100)是弱物理吸附,CO分子与表面的多极静电相互作用很弱,σ共振不依赖C—O键长的变化,MSC方法分析表明,CO是以C原子朝下,吸附在衬底的Ni—O键桥上,可靠性因子计算显示C原子的吸附位置距Ni原子009nm,CO分子中C原子距衬底的吸附高度为031±001nm,CO分子倾斜角不大于25°.理论计算证实     

金刚石(ⅠⅠⅠ)Ⅰ×Ⅰ表面的类石墨和类衬底结构

本文提出了一个由LEED能带理论计算所确定的金刚石(lll)1×1表面的类石墨一类衬底结构模型,发现最外的碳原子向内弛豫0.05±0.01A,第一双层空间距d_1=0.498±0.006A(收缩3.3％±0.006A),两个双层之间的空间距d_2=1.43±O.01A(收缩7.4％±0.01),第二双层空间距d_3=0.56±O.01A(膨脓8.7％±0.01A)。并用大π键理论说明了金刚石(lll)1×1表面的豫弛机理     

用能带理论研究GaAs(111)—(2×2)表面的原子结构

本文提出了一个由低能电子衍射能带理论计算所确定的GaAs(111)—(2×2)表面的空位模型。发现第一层间距d_1=0.203±0.005A(收缩75％±0.005A),第二原子层间距d_2=2.71±0.04A(膨胀11％±0.04A)和第三层间距d_3=0.78±0.02A(收缩4.4％±0.02A)。对此结构,在表面的As—Ga键长l_(AS_1)-Ga_1=2.449±0.001A,As的背键长l_(AS_1)-Ga_2=2.450±0.002A,其键角(α)为120.06°±0.04°,而悬挂键P的角(β)为93.56°±0.03°。     

C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明:C_2H_6和C_2H_4在Ni(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-36.41和-48.62 kJ·mol~(-1),物种与金属表面吸附较弱;而C_2H_5在Ni(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-100.21 kJ·mol~(-1),物种与金属表面较强;三物种与金属表面之间都有电荷转移,属于化学吸附.     

乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附结构的研究

采用平面波赝势方法，利用基于从头计算的软件包，对乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附的问题进行了计算. 在低覆盖度时，孤立的乙烯分子的吸附能比密集时高，乙烯分子的C-C 轴大致沿衬底的Ni原子链方向(即沿［110］晶向)，C-C轴与衬底Ni(110)表面有12°的倾斜角，乙烯分子的C—C键的键长为 0.147nm. 乙烯分子中接近顶位的C原子与衬底中距离最近的Ni原子为0.199nm. 在高覆盖度时，乙烯分子在Ni(110)表面上形成c(2×4)再构，每个表面二维元胞中有两个乙烯分子，每个乙烯分子的吸附位置与低覆盖度时相似，而C—C键长比低覆盖度时要短. 乙炔基是乙烯在Ni(110)表面上分解的产物. 关于乙炔基的计算结果表明：乙炔基的两个C原子的间距为0.131nm，比乙烯分子中C原子的间距更短. 与乙烯分子相比，乙炔基的吸附位置更靠近顶位. H原子与吸附在顶位上的C原子相连接，C—H键也大致沿衬底的Ni原子链方向，与Ni表面呈45°的倾斜角. 关键词： 乙烯和乙炔基 平面波赝势方法 吸附几何结构     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

V(001)表面上(4×1)-O,(2×2)-S两超结构的角分辨光电子谱

用角分辨紫外光电子谱详细研究了V(001)表面上,S和O偏析引起的(4×1)-O,(2×2)-S两超结构,确定了S,O各自引起的吸附态的峰位和对称性;得到了O占据V(001)表面上空位的实验证据。所得实验结果与理论计算相等。 关键词：     

CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上的吸附与解离: 团簇模型的密度泛函计算

采用简单团簇模型结合密度泛函理论研究了CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上的吸附与解离过程. 计算结果表明, CH3OH在Ga-Rich GaAs(001)-(4×2)表面上首先会形成两种化学吸附状态, 然后CH3OH经解离生成CH3O自由基和H原子吸附在表面不同位置上. 通过比较各个吸附解离路径, 发现解离后的H原子相对更容易吸附在位于表面第二层紧邻的As原子上.     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。     

C20与Si(100)-(2×1)重构表面相互作用的计算机模拟研究

用分子动力学的方法模拟研究了低能C20与Si(100)-(2×1)重构表面的相互作用过程.将描述C、Si结构的Tersoff势和描述原子间短程排斥的KrC势相结合,建立了一个混合势作为原子间的相互作用模型.荷能C20垂直轰击到Si(100)-(2×1)表面后,由于在<110>方向受到非对称力场的作用而产生横向的集体运动,改变的入射能量导致C20与Si(100)-(2×1)表面最接近的垂直距离不同,从而受到不同的横向力场的作用而产生不同的表面运动特性.C20能量耗尽后稳定吸附在Si(100)-(2×1)表面,且只有两个稳定吸附位置,即二聚体(dimer)和"峡谷"(trough)位,这两个吸附位置的存在可用C20与Si(100)-(2×1)表面之间非对称的表面力场分布来定性解释.最终C20与Si(100)-(2×1)表面有强烈的化学键形成.模拟结果与STM的实验观察结果进行了比较.     

H在Ni表面的扩散性质及表面缺陷的影响-嵌入原子法(EAM)计算研究

本文用原子集团模型和嵌入原子方法,计算研究了H在Ni(100),(110)和(111)表面上的扩散特性,其扩散激活能分别是0.152eV;0.343eV和0.142eV。Ni(100)面上的吸附Ni原子和Ni原子空位,分别是在其表面上扩散的H原子的一种陷阱和位垒;Ni(100)面上的台阶,将使通过此台阶的H原子的扩散势垒增高,激活能增大,且引起扩散的各向异性。     

用MAEAM法计算Ag/Ni的界面能

采用改进分析型嵌入原子法计算了Ag(111)//Ni(001)和Ag(001)//Ni(111)扭转界面的能量，结果表明：对Ag(111)//Ni(001)界面，当扭转角等于0°（或30°）时界面能最小，这一择优扭转角取向和Gao等人的实验结果一致；同样，对Ag(001)//Ni（111）界面，当扭转角等于0°（或30°）时界面能最小；从界面能最小化考虑，Ag(001)//Ni(111)扭转界面的择优扭转角也为0°（或30°）. 关键词： Ag/Ni界面 界面能 计算 改进分析型嵌入原子法 近重合位置点阵     

Cu在Pt表面扩散激活能和扩散系数的ASED-MO计算

本文应用ASED-MO方法,计算研究了Cu在Pt(111),(100),(110)表面的扩散问题。Cu原子在上述三个表面上的扩散激活能的计算结果分别为0.167eV,0.162eV和0.668eV;300K时的扩散系数分别为3.04×10¹⁰m²/s,3.69×10^-10m²/s和2.42×10^-18m²/s。计算结果表明,Cu原子在Pt(111)和(100)面上,扩散激活能很小,极易迁移,而在(110)面上,激活能较大,扩散系数甚小。     

Si(111)7×7结构模型的稳定性研究

本文基于有相互作用的结构件的概念,对Si(111)7×7结构模型的稳定性进行研究。利用紧束缚法,计算了各种结构件的形成能及其相互作用能。由这些结构件可灵活地构成各种大单胞的表面结构并对其进行总能计算,而避免了大工作量的计算。对Si(111)5×5和7×7DAS模型,我们得到其表面能分别为-0.467eV和-0.477eV,与Qian和Chadi的结果很接近。并指出,Harrison提出的7×7吸附原子模型和Binnig等人提出的7×7吸附原子-空位模型都是不稳定的。     

Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Pb液滴在Ni(100)晶面、(110)晶面和(111)晶面的铺展润湿行为. 结果表明: Pb液滴在Ni(100)及(111)基底上的润湿铺展现象呈各向同性, 而在Ni(110)基底上的润湿铺展现象呈明显的各向异性, 且这种各向异性源于Ni(110)晶面点阵结构上Pb原子沿不同晶向的扩散机制及速度的明显差异; Pb液滴在Ni(111)晶面上铺展时, 未发生表面合金化, 液滴铺展动力学描述近似满足 R² ∝ t, 而液滴在(100)晶面和(110)晶面上铺展时表面产生合金化现象, 铺展动力学关系近似满足 R⁴ ∝ t, 且液滴在(100)晶面上的铺展速度高于(110)晶面上的铺展速度. 关键词： 分子动力学 润湿各向异性 铺展膜 扩散机制     

Si(111)7×7表面孤立C_(60)分子的吸附取向及局域电子态研究

利用低温扫描隧道显微镜对Si(111) 7× 7表面的孤立C60 分子成像 ,结合局域密度泛函方法计算 ,确定了C60 在不同吸附位置的分子取向 .同时进行的扫描隧道谱揭示了C60 吸附后的局域电子态 .