Ca掺杂的氧化铍纳米管吸附H2O和NH3的选择传感特

通过密度泛函计算, 借助NH₃和H₂O分子对未掺杂以及钙掺杂的BeO碳纳米管的结构和电传导性进行了研究. 结果发现,NH₃和H₂O分子可以吸附在纳米管侧壁的Be原子上,吸附能分别为约36.1和39.0 kcal/mol. 态密度分析显示BeO纳米管的电传导性在吸附后稍有变化. 对于NH₃和H₂O分子,纳米管表面的钙原子替换Be原子可使吸附能分别增加约7.4和14.7 kcal/mol. 与未掺杂纳米管不同的是,钙掺杂BeONT吸附NH₃和H₂O分子的电传导性更加敏感,且H₂O分子比NH₃分子更敏感.     

VOxH2O (x= 1——-5)团簇的结构及稳定性研究

用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/DZP水平上对H₂O分子与VO_x形成的团簇VO_xH₂O (x= 1---5)进行结构优化、能量和频率的计算,研究了团簇的稳定结构、稳定性和频率特性.结果表明VO_xH₂O (x= 1---5) 团簇的基态构型的电子态均为²A, 对称性均属C₁对称点群,其中x= 1, 4, 5时基态构型中水分子已被解离.水分子倾向于吸附在团簇VO_x上, 形成VO_xH₂O (x= 1---5)团簇. VO_xH₂O (x= 1---5)团簇中, VO_xH₂O (x= 1,4,5) 的化学活性小于VO_xH₂O (x= 2, 3)的化学活性.此外, H₂O体系与VO_x之间的结合强弱顺序为 VO₄H₂O > VO₅H₂O > VOH₂O > VO₃H₂O > VO₂H₂O. VOH₂O中离解出H原子的能量为2.88 eV和从VO₅H₂O中离解出OH基团的能量为2.38 eV, 均在可见光能量范围内,这两个化学过程有可能在可见光催化条件下进行.可以通过团簇的红外和拉曼谱特征, 初步判断水分子在VO_xH₂O团簇中是否离解.     

分子团簇表面吸附敏化ZnO纳米线的第一性原理研究

ZnO纳米线作为新型太阳能电池结构的重要组成部件之一, 其导电能力直接影响到太阳能电池的性能. 采用密度泛函理论平面波超软赝势方法, 计算并分析了C₂H₆O(乙醇)、 C₆H₅FS(4-氟苯硫酚)、 C₇HF₇S(4-(三氟甲基L)-2, 3, 5, 6-四氟硫代苯酚) 等小分子吸附的六边形结构\langle0001angle ZNWs (ZnO 纳米线) 的几何结构、 吸附能和电子结构. 首先, 通过几何优化得到了不同基团吸附的ZNWs的稳定结构, 同时吸附能计算结果表明C₇HF₇S吸附的体系结构最为稳定, 且吸附呈现放热反应; 其次, 为研究表面敏化对导电性能的影响, 计算了不同小分子基团吸附下的能带结构和态密度, 并利用能带理论分析了表面吸附敏化对禁带宽度的调控机理, 结果分析表明小分子表面吸附敏化对ZNWs的电学性能有一定的影响, 其中C₇H₇FS和C₆H₅FS分子均发生了不同程度的电荷转移.     

硫酸催化乙二醛气体相水化反应机理和速率常数理论计算研究

采用M06-2X和CCSD(T)高阶量化计算和传统过渡态理论研究硫酸催化乙二醛气体相水化反应.对HCOCHO+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O...H₂SO₄和HCOCHO+H₂O+H₂SO₄五个路径的反应机理和速率常数进行了研究.计算结果表明硫酸具有较强的催化能力,能显著减小乙二醛水化反应的能垒,在CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-311++G(3df,3pd)理论水平,当硫酸分子参与乙二醛水化反应时,反应能垒从37.15 kcal/mol减少至7.08 kcal/mol.在室温条件下,硫酸催化乙二醛水化反应的反应速率1.34×10^-11 cm³/(molecule.s),是等量水分子参与乙二醛水化反应的速率的10¹²倍,大于乙二醛与OH自由基反应的反应速率1.10×10^-11 cm³/(molecule.s).这表明大气条件下,硫酸催化乙二醛水化反应可以发生,同乙二醛与OH自由基反应相竞争.     

Density Functional Study on Structures and Relative Stability of Gd(H2O)n3+(n=8,9)

用密度泛函理论方法研究了气相和水溶液中Gd(H₂O)_n³⁺(n=8,9)化合物的结构和相对稳定性,其中水溶剂效应利用极化连续介质方法结合多种溶质空腔模型进行模拟．气相计算得到的化合物结构与实验观察结果一致．计算结果表明,在气相中9配位Gd(H₂O)₉³⁺比8配位Gd(H²O)₈³⁺稳定,而在水溶液中稳定顺序刚好相反,这一结果不依赖于计算中采用的空腔模型种类,而且也与实验结果吻合．最后,通过采用各种空腔模型计算Gd³⁺的水合自由能,并与实验值比较,发现当化合物只包含第一层配位水分子时,UA0、UAHF及UAKS空腔模型最适合研究Gd³⁺在水溶液中的性质．     

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自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     

密度泛函理论研究α-MoC(100)在甲醇水蒸汽重整中的催化作用

本文通过密度泛函理论计算方法探究了α-MoC催化甲醇水蒸气重整(CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂)反应,系统地研究了甲醇水蒸气重整反应中相关中间体的吸附行为和基本步骤的动力学. 结果表明,在α-MoC(100)表面,甲醇容易裂解形成CH₃O中间体,CH₃O进一步脱氢为CH₂O. 通过比较CH₂O和OH缔合过程和CH₂O直接分解过程,发现CH₂O和OH之间更容易形成CH₂OOH而不是分解成CHO和H. 计算结果表明,CH₂OOH中间体的连续脱氢对CO₂有很高的选择性. 相反,在α-MoC(111)表面,由于CH₂O中间体的强吸附使其更偏向于脱氢生成CHO,最后生成产物CO. 此外,高水解离产生的OH物种可以促进中间体O-H键的断裂,并显著降低反应能垒. 本文不仅揭示了α-MoC(100)晶面在甲醇水蒸气重整反应中的催化作用,也为α-MoC基催化剂的设计提供了理论指导.     

B12N12纳米笼：潜在的二氧化氮检测传感器

利用密度泛函理论通过计算吸附能量、HOMO/LUMO能隙变化、电荷转移、结构扭曲等研究二氧化氮分子在B12N12纳米笼的吸附．此外,通过计算B₁₂N₁₂的电子结合能、Gibbs自由能、态密度和分子表面的静电势研究其稳定性和其它特性．B₁₂N₁₂纳米笼吸附二氧化氮显示三种构型．B₁₂N₁₂团簇的HOMO/LUMO能隙变化对二氧化氮分子的存在非常敏感,从自由团簇的6.84 eV降为NO₂/团簇稳定团簇的3.23 eV．团簇的导电性被极大地提高,表明B₁₂N₁₂纳米簇可能是潜在的二氧化氮气体分子检测传感器.     

密度泛函理论方法研究6H-SiC(0001)表面对氧分子和水分子的吸附

本文通过密度泛函方法计算6H-SiC(0001)表面对氧分子和水分子的吸附. 在6H-SiC(0001)表面上吸附的O₂分子自发地解离成O^*,并被吸收在C与Si原子之间的空位上. 吸附的H₂O自发地分解成OH^*和H^*,它们都被吸附在Si原子的顶部,OH^*进一步可逆地转化为O^*和H^*. H^*可以使Si悬键饱和并改变O^*的吸附类型,并进一步稳定6H-SiC(0001)表面并防止其转变为SiO₂.     

对典型多通道反应H+CH3OH的模式特异动力学研究

H+CH₃OH作为典型的多通道反应,在燃烧和星际中起着重要的作用. 本文基于在UCCSD(T)-F12a/AVTZ水平上计算的大量数据点,构建了该体系的全维精确势能面,并基于该势能面,研究了不同产物通道的模式特异动力学. 结果表明,O-H 伸缩、沿C-O轴的扭转以及C$-$H伸缩等模式的振动激发对H₂+CH₃O、H₂+CH₂OH、H₂O+CH₃和H+CH₃OH四个产物通道有着不同的影响. 该研究有助于理解具有多个产物通道的复杂反应的模式特异动力学,进而帮助控制其竞争反应.     

氮掺杂及水分子吸附碳纳米管电子场发射第一性原理研究

对闭口碳纳米管(CNT)顶端分层掺氮及吸附不同数目水分子体系,运用第一性原理研究了有电场存在时的电子场发射性能.结果表明：掺氮并吸附水分子的CNT结构稳定;外电场愈强、水分子数愈多,体系态密度(DOS)向低能端移动幅度愈大且最高分子占据轨道(HOMO)/最低分子空轨道(LUMO)能隙愈小.吸附能,DOS/LDOS,HOMO/LUMO及其能隙分析一致表明,第三层氮掺杂CNT吸附不同数目水分子体系的场发射性能最佳. 关键词： 氮掺杂 水吸附 密度泛函理论 电子场发射     

掺硼水吸附碳纳米管电子场发射性能的第一性原理研究

运用第一性原理研究了掺硼碳纳米管(BCNT)顶端吸附水分子后的电子场发射性能.结果表明：掺B及吸附H₂O的碳纳米管(BCNT+H₂O)端部形成电子聚集的原子尺度微区,其电子态密度(DOS)在费米能级(E_f)附近有很大提高.根据计算的电子DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分布等可知BCNT+H₂O比CNT+H₂O有更好的场发射性能. 关键词： 掺硼碳纳米管 吸附 密度泛函理论 电子场发射     

A first-principles study on the adsorption behaviour of methanol and ethanol over C59B heterofullerene

In the present study, the adsorption behaviour of methanol (CH₃OH) and ethanol (C₂H₅OH) molecules over heterofullerene C₅₉B surface is studied by density functional theory calculations. This heterofullerene is obtained from C₆₀ by substituting a carbon atom with a boron atom and relaxing self-consistently the structure to the local minimum. The adsorption of CH₃OH and C₂H₅OH on the C₅₉B is exothermic and the relaxed geometries are stable. The CH₃OH and C₂H₅OH adsorption can also induce a change in the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital energy gap of the nanocage. The dehydrogenation pathways of CH₃OH and C₂H₅OH via O–H and C–H bonds scission are also examined. The results indicate that O–H bond scission is the most favourable pathway on the C₅₉B surface.     

Can bowl-like B30 nanostructure sense toxic cyanogen gas in air?: a theoretical study

In this work, an attempt has been made to study sensing performance of bowl-like B₃₀ nanostructure towards toxic cyanogen gas using density functional theory (DFT) at B97D/6-31+G(d) computational level. The results reveal that B₃₀ nanostructure is a proper sensor for sensing of toxic cyanogen gas. The most favourite adsorption site of B₃₀ is the exterior boron atoms that lead to the adsorption energy of ?78.48 (kJ/mol) with the remarkable change in electronic properties of B₃₀. The competitive sensing of cyanogen gas in the presence of water, oxygen and nitrogen molecules is also considered. Significant changes in the electronic properties of B₃₀ due to adsorption of cyanogen in presence of O₂, H₂O and N₂ gases enable it to be used in the detection of toxic cyanogen gas in air.     

(TiO2)n(n=3—6)团簇吸附水分子的理论研究

给出了优化小分子在团簇表面吸附结构的遗传算法.结合经验势函数,搜寻了水分子在(TiO₂)_n(n=3—6)团簇上可能的吸附方式;利用B3LYP/6-31G^**方法对各种吸附结构进行了优化.结果表明水分子主要通过O原子以非解离方式吸附到团簇中配位数较低或位置比较凸出的Ti原子上.分子轨道分析表明,水分子与团簇之间的成键主要来自吸附位Ti原子3s3p轨道的贡献,水分子的轨道保持了气相水分子中的基本特征,但离域化程度增大 关键词： 2团簇')" href="#">TiO₂团簇 2O吸附')" href="#">H₂O吸附 遗传算法 DFT     

A density functional theory study on the adsorption of CO and O2 on Cu-terminated Cu2O （111） surface

The adsorptions of CO and 02 molecules individually on the stoichiometric Cu-terminatcd Cu20 （111） surface are investigated by first-principles calculations on the basis of the density functional theory. The calculated results indicate that the CO molecule preferably coordinates to the Cu2 site through its C atom with an adsorption energy of-1.69 eV, whereas the 02 molecule is most stably adsorbed in a tilt type with one O atom coordinating to the Cu2 site and the other O atom coordinating to the Cul site, and has an adsorption energy of -1.97 eV. From the analysis of density of states, it is observed that Cu 3d transfers electrons to 2π orbital of the CO molecule and the highest occupied 5σ orbital of the CO molecule transfers electrons to the substrate. The sharp band of Cu 4s is delocalized when compared to that before the CO molecule adsorption, and overlaps substantially with bands of the adsorbed CO molecule. There is a broadening of the 2π orbital of the 02 molecule because of its overlapping with the Cu 3d orbital, indicating that strong 3d-2π interactions are involved in the chemisorption of the 02 molecule on the surface.     

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 关键词： 第一性原理 Fe单晶表面 2O分子')" href="#">H₂O分子 分子吸附     

SrAl_2B_2O_7:Dy~(3+)材料的制备及其发光性能

采用高温固相法制备了SrAl2B2O7:Dy3+发光材料.在350nm紫外光激发下,测得SrAl2B2O7:Dy3+材料的发射光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为480,573和678nm;分别和Dy3+的4F9/2→6H15/2,4F9/2→6H13/2,4F9/2→6H11/2的跃迁发射相对应;监测573nm的发射峰,得到材料的激发光谱为一个多峰宽谱,主峰分别为295,325,350,365,400nm.研究了Dy3+掺杂浓度对SrAl2B2O7:Dy3+材料发射光谱的影响,随着Dy3+掺杂浓度的增大,SrAl2B2O7:Dy3+材料的Iy/Ib逐渐增大,根据Judd-Ofelt理论解释了其原因.随着Dy3+掺杂浓度的增大,Dy3+的4F9/2→6H13/2跃迁产生的573nm发射峰强度先增大,在4%时达到最大值,之后减小,其自身的浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用.不同的电荷补偿剂Li+,Na+,K+的引入均使发光强度得到提高,尤其以Li+最佳,发光强度提高了大约33%.     

Exohedral chemical functionalization of C48B6N6 with NH3: Binding energies and electronic structures of C48B6N6–(NH3)n=1−6

Theoretical study of exohedral chemical functionalization of C₄₈B₆N₆ with NH₃ molecules has been investigated using DFT. It was found that NH₃ molecule can be chemically adsorbed on boron sites of C₄₈B₆N₆, with a charge transfer from NH₃ to C₄₈B₆N₆. Adsorption energy and the quantity of electron charge transfer from latest adsorbed ammonia to C₄₈B₆N₆ decreased with increasing in the adsorbed NH₃ molecules. Despite the strong adsorption energies, electronic properties of C₄₈B₆N₆ is preserved after modification(s) with NH₃ molecule(s) and chemical modification of C₄₈B₆N₆ with NH₃ molecules can be viewed as some kind of safe modification.