为什么水在金属表面的吸附构型是倾斜的——水在铜、铝表面吸附的量子化学计算

用量子化学从头算方法,分别以原子簇Cu5、Al4、Al10模拟Cu(100)和Al(111)表面,在不同基组水平上,计算了水在两种金属表面上倾斜吸附的势能面,结果表明：当计算基组中不含氧原子的d轨道时,得到水分子在金属表面垂直吸附的构型,这与实验结果不符;当水中氧原子加极化函数时,水分子倾斜吸附时能量较低,得到与实验相符的吸附构型。这说明水中氧原子d轨道在计算中起着关键作用,在成键过程中有着重要影响。     

吸附分子红外光谱的金属-表面选律

研究金属表面上吸附分子的取向和结构以及利用吸附分子探测金属表面状态是近十几年来催化化学和表面科学中很重要的课题。随着     

极性有机物在零价态过渡金属表面的配位化学反应

咪唑、腈、酯类等极性有机物吸附在铜、铂、银、汞等过渡金属表面时,氮原子或氧原子上的孤对电子插入金属原子的外层价轨道,在表面生成零价态金属原子的配合物。由于电子的迁移,使金属原子及有机物中相应的化学键同时被活化。这一现象被作者称为"表面吸附层的配位双活化效应"。在有氧存在时,零价态金属原子极易与上述有机物发生化学反应,导致了N-H键、C≡N键或C-O键的破裂,生成超薄化学吸附层覆盖在金属表面。     

过渡金属中巡游d电子和定域d电子的表面特性

本文描述了金属表面上所含d电子的特性。并用金属间隙电子模型(IEM)描述了金属体相中d轨道的空间位置。进一步发展的该模型可以用来修正过渡金属d轨道的表征。给出了若干主要晶面的各种d轨道的特征以及各种d轨道的占据情况。     

NO分子在金表面吸附的理论研究

气体分子在过渡族金属表面吸附是异相催化过程中的一个重要步骤.研究其在金属表面的吸附特性是了解其催化性能的基础,多年来一直是表面科学领域的研究热点.理论研究在解释吸附机理、实验现象以及证实实验结论的可靠性方面发挥着越来越重要的作用.本文使用密度泛函理论(DFT)研究了NO分子在中性及带正、负电荷的Au(111),Au(100),Au(310)和Au/Au(111)表面的吸附行为.研究结果表明,NO倾斜地吸附在金表面.在这种吸附构型中,Au原子的dz2轨道和NO分子的2π*轨道对称性匹配,并达到最大重叠.中性及带正、负电荷的Au(111),Au(100),Au(310)和Au/Au(111)表面不同吸附位对NO的反应活性不同,NO易吸附于各个金表面的顶位.计算结果显示,NO分子在Au(111)面几乎不吸附,而在Au/Au(111)的吸附能高达0.89eV.对表面金原子d态电子分波态密度分析表明,金表面对NO分子的吸附活性随着金原子配位数的减少而增强,这是由于低配位数的金原子的d态电子更靠近费米能级.当金表面增加或减少一个电子时,金表面对NO的吸附能有明显变化.正电荷的金表面对NO吸附的活性比中性的表面活性高,而带...     

Rh(111)表面上CO和O共吸附的密度泛函理论计算研究

采用密度泛函理论对Rh(111)表面上CO和O的吸附和共吸附进行了系统的研究,计算了三类不同的共吸附结构.从吸附能和化学位移的角度,通过与已有实验结果对比,推断出可能存在的吸附构型.CO和O之间存在较大的排斥作用,在表面上竞争吸附.电子结构分析发现,这种排斥作用来源于CO和O之间与Rh的d轨道成键的竞争.用密度泛函理论计算的化学位移与实验测量结果一致,说明化学位移的理论计算能辅助对表面结构的预测.     

CO与Pt原子簇的轨道相互作用和CO的活化问题

本文用EHMO方法对CO在Pt原子簇上的化学吸附进行了量子化学计算。从群轨道系数和能量相关关系,考察了轨道相互作用。由于考虑了对称性,参数选择、近似问题不会影响得到的主要结果。计算表明,CO在Pt原子簇上吸附时,主要与Pt的s及p电子键合,而CO的活化过程则通过金属中的d电子进行。Blyholder的关于CO金属键合的简单分子轨道描述似有进一步补充和刻画的必要。     

苯分子与Rh(111)面相互作用的分子轨道研究

用群分解EHMO法研究了苯在Rh(111)面上的化学吸附和成键性质。以Rh_7原子簇模型模拟Rh(111)表面,得到结合能为41kJ/mol,吸附高度2.60。被吸附的苯分子通过π键和金属原子的d轨道相互作用而受到活化,有利于在(111)表而上的化学反应。     

巴豆醛在Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理研究

采用密度泛函理论计算了巴豆醛4种构型的稳定性,并选取最优构型进一步研究了其Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理.计算结果表明,具有E-(s)-trans构型的巴豆醛稳定性最高.当巴豆醛通过C O吸附于Au(111)面的顶位时,该构型吸附能最大,吸附模型最稳定;巴豆醛向Au(111)表面转移电子0.045e,且其p轨道与金属表面的d轨道发生较强相互作用,使得巴豆醛的键级减弱.此外,通过分析各基元反应的活化能、反应热以及构型变化可知,巴豆醛在Au(111)面上按照2,1-加成机理(部分加氢机理)生成巴豆醇的可能性最大,且降低温度有利于反应转化率的提高.     

利用实验测量的金属d带电荷密度描述催化剂活性

<正>催化剂电子结构与反应活性的关联是催化理论发展的关键科学问题之一,也是精准设计和调控催化材料结构的科学基础1–5。过渡金属表面d带能量(d-band center),可定性描述金属表面与反应物分子的相互作用过程6,7。吸附物种的吸附热或速控步骤的反应热的变化,反映了吸附质与催化剂表面之间结合能的变化7,8,作为标识反应速     

O2、CO2和H2O在UN（001）表面化学吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度近似GGA,修正Perdew—Burke—Ernzerhof交换-关联泛函,以及周期性切片模型对O2、CO2和H2O在UN（001）表面的化学吸附行为进行非白旋极化水平的密度泛函理论计算．在四个对称性化学位置条件下,对化学吸附能与分子和UN（001）表面之间距离的关系曲线进行优化．结果表明O2、CO2和H2O分子的最稳定吸附位置分别为桥式平行、空心平行和桥式H向上,化学吸附能分别为14．127、4．421和5．736kJ／mol．从吸附物UN（001）表面角度考虑,O2与UN（001）表面之间的相互作用最高,然后为CO2和H2O,表明这些相互作用与吸附物的晶体结构相关．O2化学吸附导致UN（001）表面的N原子向基体内部迁移,而CO2和H2O化学吸附对UN（001）表面分别具有中等和忽略不计的效应．计算获得的态密度显示了化学吸附分子S、P轨道和U6d、U5f轨道之间的电子电荷转移行为．     

1－硫脲乙基－2－芳基－2－咪唑啉的前线轨道能量与在金属表面上的化学吸附

１－硫脲乙基－２－芳基－２－咪唑啉的前线轨道能量与在金属表面上的化学吸附章荣玲，刘云廷（山东工业大学数理系，济南２５００１４）咪唑啉类衍生物由于具有缓蚀、杀菌、抗癌等活性而迅速发展￣［１－５］。作者已证明在咪唑啉环的２位Ｎ上连长链烃基、１位Ｎ上连硫脲...     

H2O和OH在UO(100)表面吸附的密度泛函研究

运用密度泛函理论中的广义梯度近似(GCA)的PW91方法结合周期性平板模型,研究了H2O分子和OH在UO(100)表面上的吸附.通过对不同吸附位的吸附能和几何结构参数的计算和比较发现:水分子在UO(100)表面的吸附为化学吸附,水分子平面与UO(100)表面夹角为15°的吸附构型最稳定,吸附能最大,近89 kJ·mol-1.对H2O吸附前后的态密度分析可知,H2O通过其O原子的P轨道与底物U原子的d轨道作用.本文还进一步探讨H2O在UO(100)表面的解离机理.     

甲氧基在Rh(111)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,以原子簇Rh13(9,4)为模拟表面,在6-31G(d,p)与Lanl2dz基组水平上,对甲氧基在Rh(111)表面的四种吸附位置(fcc、hcp、top、bridge)的吸附模型进行了几何优化、能量计算、Mulliken电荷布局分析以及前线轨道的计算。结果表明,当甲氧基通过氧与金属表面相互作用时,在bridge位的吸附能最大,吸附体系最稳定,在top位转移的电子数最多;吸附于Rh(111)面的过程中C—O键被活化,C—O键的振动频率发生红移。     

氢原子在平坦金属锂(100)面上表面扩散行为的ab initio研究

本文用Li7(4,3)-H和Li9(5,4)-H小原子簇模拟氢原子在平坦金属锂(100)面吸附体系, 取小基组作了各吸附位吸附势能曲线及相应分子轨道能级图、吸附和表面扩散势能面的ab initio研究。结果表明, 氢原子优先吸附在配位数较高的吸附位上, 并倾向于由高配位数吸附位向低配位数吸附位迁移, 表面扩散各向异性, 扩散跳跃步长与锂单晶晶格原子间距数量级相同。从吸附和表面扩散势能确定了最低能量表面扩散途径, 分析了原子在平坦金属表面上迁移的微观过程。     

溶剂条件下苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能的DFT研究

通过量子化学密度泛函理论中的B3LYP方法，在6-31G＊基组水平上，并考虑到溶剂的影响，应用PCM模型，对苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能与分子结构关系进行了研究，用Fukui指数分析了分子中反应活性位点，结果表明5种分子均为存在共轭体系的平面分子，2-SH-BI易于垂直吸附在金属表面，缓蚀效率与分子最高占有轨道能量EHOMO、能隙△E、分子化学硬度η偶极距μ有良好的线性关系．     

碳素钢钝化的线性电位扫描法问题

电位扫描法是一种基本的电化学研究方法。前人对此作了大量的研究。对于具有表面转化步骤的复杂电极过程,尤其是阳极过程,Srinivasan等作了扫描电位—电流的理论分析,导出了峰值电流(I_(max)或i_p)与扫描速度的平方根(v~(1/2))成正比的近似数学关系式,可较好地应用于有机物电化学吸附,以及H_2、O_2在某些金属表面的电化学吸附。金属钝化过程是金属阳极溶出过程中含氧金属粒子在金属表面生成化学吸附层并且继续发展形成表面     

铂掺杂氮化硼纳米管及CO在其表面的吸附行为的理论研究

采用基于密度泛函理论的PBEPBE方法对铂(Pt)掺杂的氮化硼(BN)纳米管进行了理论研究. 计算结果表明, Pt原子突出BN纳米管表面, Pt的d轨道暴露到外面, 使它更容易和外来分子发生相互作用, 提高了纳米管的反应活性. Pt取代掺杂缩小了纳米管的能隙, 从而提高BN纳米管的导电性. 一氧化碳(CO)在Pt掺杂BN纳米管上的吸附行为表明, 2个CO能化学吸附到纳米管表面, 更多的CO分子吸附是物理吸附.     

丙烯腈在Cu(100)表面化学吸附的密度泛函理论研究

利用密度泛函方法, 模拟金属铜原子簇Cu₁₄(9,4,1)的(100)表面, 对丙烯腈(CH₂＝CHCN)在Cu(100)面上不同吸附位的吸附状况进行了理论研究. 结果表明: 丙烯腈分子通过端位N原子垂直吸附在金属表面上为弱化学吸附, 部分电荷从丙烯腈分子转移至铜金属簇; 由N原子的孤对电子与金属铜形成弱σ共价键; 顶位是最佳吸附位, 吸附能为40.7391 kJ•mol^－1, N原子与金属表面间的平衡距离为0.2279 nm; 其次为桥位和穴位, 吸附能分别为36.2513和30.2158 kJ•mol^－1, 平衡距离为0.2194和0.2886 nm; 吸附后C≡N键的强度降低, 活化了丙烯腈分子. 化学吸附使体系的熵减小, 是由于丙烯腈分子的平动和转动因吸附而被限制.     

SIESTA程序在物理化学教学中的应用

根据物理化学学科的特点和学生的知识难点,探讨SIESTA程序在物理化学有关微观反应动力学方面的应用,将表面化学和分子反应动力学融入到O2在金属表面吸附解离课题,以加深学生在分子水平上对于化学反应的理解。