CO和O2分子与TiO2(110)表面负载Pt单原子的相互作用

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性. 利用扫描隧道显微术与密度泛函理论,研究了Pt单原子在还原性TiO₂(110)表面的吸附行为及其与CO和O₂分子的相互作用. 研究发现在80 K低温下,TiO₂表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位. 将CO和O₂分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO₂表面,研究相应的吸附构型. 实验表明在低覆盖度下,单个Pt原子会俘获一个CO分子,CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_5c)成键,进而形成非对称的Pt-CO 复合物构型. 将样品从80 K升温到100 K后,TiO₂表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)₂的复合结构. 对于O₂分子,单个Pt原子同样会吸附一个O₂分子,O₂分子也会与最近邻或次近邻的Ti_5c原子成键形成两种Pt-O₂构型. 这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O₂与Pt单原子的相互作用,呈现了CO与O₂反应中的初始状态.     

使用金属掺杂SnO2(110)作为表面催化剂的电催化CO2还原反应：通过调控Sn:O原子比例来控制产物

电催化CO₂还原反应可以产生HCOOH和CO,目前该反应是将可再生电力转化为化学能存储在燃料中的最有前景的方法之一. SnO₂作为将CO₂转换为HCOOH和CO的良好催化剂,其反应发生的晶面可以是不同的. 其中(110)面的SnO₂非常稳定,易于合成. 通过改变SnO₂(110)的Sn:O原子比例,得到了两种典型的SnO₂薄膜：完全氧化型(符合化学计量)和部分还原型. 本文研究了不同金属(Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au)掺杂的SnO₂(110),发现在CO₂还原反应中这些材料的催化活性和选择性是不同的. 所有这些变化都可以通过调控(110)表面中Sn:O原子的比例来控制. 结果表明,化学计量型和部分还原型Cu/Ag掺杂的SnO₂(110)对CO₂还原反应具有不同的选择性. 具体而言,化学计量型的Cu/Ag掺杂的SnO₂(110)倾向于产生CO(g),而部分还原型的表面倾向于产生HCOOH(g). 此外,本文还考虑了CO₂还原的竞争析氢反应. 其中Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt掺杂的SnO₂(110)催化剂对析氢反应具有较高的活性,其他催化剂对CO₂还原反应具有良好的催化作用.     

表面缺陷对一氧化碳和甲基基团在金红石TiO2(110)表面吸附的影响

本文利用程序升温脱附技术研究了氧空位浓度对甲基基团和CO在R-TiO₂(110)表面吸附的影响. 结果表明,随着氧空位浓度的变化,吸附在桥氧位的甲基基团和吸附在五配位Ti⁴⁺位点上的CO分子的脱附温度呈现了不同的趋势,揭示了表面缺陷可能对R-TiO₂(110)不同位点上的物质吸附具有重要影响.     

3d过渡金属原子单层在Pd(001)表面磁性的第一性原理研究

用第一性原理基础上的超软赝势方法的总能计算，研究了3d过渡金属(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)在Pd(001)表面的单层p(1×1)和c(2×2)结构的表面磁性和总能. 所得结果表明：对于Sc, Ti, V和Cr只存在p(1×1)的铁磁性结构，而Mn只有c(2×2)的反铁磁结构存在. Fe, Co和Ni这三种元素上述两种结构都存在，但是总能上p(1×1)的铁磁结构要低些，因此是比较稳定的结构. 而Cu和Zn在该表面上的单层中不存在上述两种结构. 对于V的p(1×1)铁磁结构，计算得到的每个V原子磁矩为2.41μ_B，大于用全电子方法得到的0.51μ_B. 两种计算方法得到其他金属原子 (Cr，Mn，Fe，Co，Ni)的表面磁矩比较相近，都比孤立原子磁矩略小. 关键词： Pd(001)表面 过渡金属原子单层 表面磁性     

特定位点上CO2与(TiO2)n团簇相互作用的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论系统地研究了(TiO₂)_n团簇上二氧化碳(CO₂)的吸附和活化性质. 计算结果表明,CO₂更倾向于吸附在(TiO₂)_n团簇的桥氧原子上,形成“化学吸附”碳酸盐络合物. 而CO更倾向于吸附到末端Ti-O的Ti原子上. 发现计算得到的碳酸盐振动频率值与实验获得的结果非常吻合,这表明配合物中CO₂的几何构型与其线性型相比,有微小的弯转. 通过对电子结构、电荷密度、电离势、HOMO-LUMO以及态密度的分析,证实了CO₂与团簇之间的电荷转移以及相互作用. 从预测的能量分布图来看,(TiO₂)_n团簇上的CO₂活化与结构密切有关,相比于块体的TiO₂,CO₂在团簇结构上更易于吸附和活化.     

基于第一性原理的合金化掺杂MgH2的热力学稳定性研究

基于密度泛函的第一性原理,系统研究了合金化掺杂过渡金属（TM=Sc,Ti,Y）和IIA族元素（M=Ca,Sr,Ba）对MgH₂（金红石和萤石结构）的热力学稳定性的影响。结果表明,在低掺杂量（<20%） 时,MgH₂的萤石结构比金红石结构相对更稳定。掺杂Ti,Sr,Ba时,MgH₂的结构发生了失稳现象。MgH₂由金红石结构转变到萤石结构的掺杂TM和M的比例分别大约在20%和40%左右。Mg_0.5Ba_0.52萤石结构的形成焓比MgH₂萤石结构高约0.3 eV,表明其放氢温度在标准大气压下将远低于纯MgH₂。理论计算数据与实验数据有很好的一致性.     

第2系列ZrO2(Y2O3)薄膜的慢正电子研究

用慢正电子技术研究了在溅射时不加偏压,衬底加热300℃,纯Ar气氛下制备的用Y_{2O3稳定的ZrO2薄膜材料(简称YSZ薄膜),发现了YSZ薄膜在不同 深度处的缺陷分布情况,退火温度对YSZ薄膜缺陷有影响.简要讨论了致密、优质YSZ薄膜的 制备方法.}     

α-Al2O3(0001)表面原子缺陷对ZnO吸附影响

采用基于密度泛函理论的分子动力学方法，对α-Al₂O₃(0001)表面 Al，O原子空位缺陷及其对ZnO吸附进行了理论计算.电子局域函数显示了表面空位处的电子密度变化，表面Al原子空缺处有非常明显的缺电子区域，悬挂键临近O的电子密度增大，有利于对Zn的吸附；O原子空缺处的Al原子处存在孤立电子，其ELF值为005—03，将有利于同电负性较大的O或O^2-结合.通过吸附动力学模拟与体系能量的计算发现，表面缺陷显著增强了表面 的化学吸附，空缺原子处都被吸附原子填补，吸附结合能远大于单晶表面的情况.在Al空缺的表面，由于ZnO的O与表面O形成双键，破坏了α-Al₂O₃(0001)表面O六 角对称结构，减小了 O的表面扩散，从而不利于规则的ZnO薄膜生长.相反，O的空缺表面，弥补了α-Al_{2O3(0001)表面O空位缺陷，不影响基片表面O六角对称结构.}     

TiY2N@C80电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了TiY₂N@C₈₀分子的几何、振动和电子性质．理论计算结果表明TiY₂N@C₈₀分子的电子结构性质明显与Sc₃N@C₈₀和Y₃N@C₈₀的不同,而与TiSc₂N@C₈₀相近．对TiY₂N@C₈₀分子进行载流子掺杂时,其磁性     

花状NaY(MoO4)2的合成和(MoO4)2:Eu3+的光学性质

用微波辅助水热-煅烧法成功合成了花状NaY(MoO₄)₂颗粒,用XRD、XPS、FESEM进行了表征,提出了花状NaY(MoO₄)₂颗粒可能的形成机理. 采用相同的方法合成了NaY(MoO₄)₂:Eu³⁺荧光体,该荧光材料在612 nm处有一个强的发射峰,可用作白色发光二极管的红色磷光剂. 此外,微波辅助水热-煅烧法可能发展成为制备其他花状稀土钼酸盐的有效途径.     

三甲基镓在Pd(111)表面吸附解离及表面预吸附H和O的影响

利用X-射线光电子能谱（XPS）和程序升温脱附谱（TPD）研究了三甲基镓在Pd（111）表面的吸附和解离行为,并考察了表面预吸附H和O的影响。结果表明,在吸附温度为140 K时,三甲基镓在Pd（111）上主要为解离吸附,此时表面物种为Ga（CH₃）_x （x=1,2,3）和CH_x物种。加热将导致Ga的甲基化合物中的Ga-C键发生分步断裂,在不同温度下产生CH₄和H₂从表面脱附。同时,XPS结果证实了在275~325 K的温度区间内存在Ga甲基化合物的分子脱附。退火至更高温度,表面只观察到积碳和金属Ga物种,这二者随着温度的继续升高逐渐向体相扩散。在Pd（111）表面预吸附O和H对上述吸附和解离行为存在显著的影响。当表面预吸附H时,脱附产物CH₄和H₂的脱附主要位于315 K,可归属为一甲基镓的解离脱附。当表面预吸附O时,只在258 K观察到CH₄和H₂的脱附峰,可能来自于Pd-O-Ga（CH₃）₂吸附结构的解离.     

H2 分子在Li3N(110)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了H₂分子在Li₃N(110)晶面的表面吸附. 通过研究H₂/Li₃N(110)体系的吸附位置、吸附能和电子结构发现: H₂分子吸附在N桥位要比吸附在其他位置稳定,此时在Li₃N(110)面形成两个-NH基,其吸附能为1.909 eV,属于强化学吸附;H₂与Li₃N(110)面的相互作用主要是H 1s轨道与N 关键词： 第一性原理 3N(110)')" href="#">Li₃N(110) 2')" href="#">H₂ 吸附和解离     

Investigation of optical nonlinearities in Pd(po)2 by Z-scan technique

With nanosecond scale at a 532 nm wavelength, we firstly measured the nonlinear optical absorption and refraction coefficients of Pd(po)₂ complex by using Z-scan technique, here Hpo=1-hydioxy-2-pyridone. We describe an empirical expression for the case when nonlinear refraction is accompanied by nonlinear absorption to separately evaluate the nonlinear refraction and the nonlinear absorption by performing straightforward measurements with the aperture removed. The nonlinear optical response of Pd(po)₂ was determined by the linear decreasing irradiance-dependence. The nonlinear absorption originates from the near resonant two-photon absorption while the mechanism of the nonlinear refraction is the near resonant two-photon absorption transition enhancement. The linear increasing dependences of the optical nonlinearities on the incident irradiance arise from the population redistribution due to the near resonant two-photon absorption.     

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     

Desorption of H2 from W(110) and Fe covered W(110) surfaces

The kinetics of H₂ desorption from H/W(110) and H/Fe₁/W(110) were studied by measuring work function changes Δø vs time at a number of temperatures. Combination with previously determined Δø vs coverage data and differentiation at various fixed coverages gave rate vs T data from which activation energies of desorption could be obtained. E vs coverage results agree well with previously determine ΔH_des results. In the case of H/Fe₁/W(110) this includes a rise from 20 to 30 kcal mol⁻¹ of H₂ at H/Fe = H/W > 0.3. Plots of rate −dθ/dt vs θ (θ being coverage in units of H/W) vary much more steeply than θ² at most coverages for both systems. The θ dependence can be explained almost quantitatively in terms of the variations of ΔH_des and surface entropy S_s with coverage, by assuming that rates of desorption are equal to the equilibrium rates of adsorption. The latter can be formulated thermodynamically, except for a sticking coefficient, s. Values for s(θ, T) can also be obtained and show relatively little temperature dependence.     

多重散射团簇方法对吸附系统SO2/Ag(110)的理论分析

利用多重散射团簇方法(MSC)对吸附系统SO₂/Ag(110)的S原子K边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)作了理论分析.研究表明,覆盖度为0.5时,吸附的SO₂的S—O键长比气体状态时增长了(0.014±0.006)nm,OSO键角减小了15°±5°;SO₂分子的S原子处于芯位,但两个O原子处于不对称的位置;分子平面与(110)的夹角约为52°,同时分子平面相对衬底表面法线有一小角度的倾斜.MSC计算证实了该吸附系统存在一介于π^{关键词： X射线吸收精细结构 2/Ag(110)')" href="#">吸附系统SO₂/Ag(110) 多重散射团簇方法}     

Pd与CeO2(111)面的相互作用的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave) 赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型，用第一性原理计算方法，计算并分析了Pd在CeO₂(111)面上不同覆盖度时的吸附能，价键结构和局域电子结构. 考虑了单层Pd和1/4单层Pd两种覆盖度吸附的情况. 结果表明：1)在单层吸附时，Pd的最佳吸附位置是O的顶位偏向Ce的桥位；在1/4单层吸附时，Pd最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附.2) 单层覆盖度吸附时，吸附原子Pd之间的作用较强；1/4单 关键词： 三元催化剂 Pd 2')" href="#">CeO₂ 吸附 密度泛函理论