甲醇在Au(111)表面吸附的密度泛函研究

 采用基于第一性原理的密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Au(111)表面top, fcc, hcp和bridge位的吸附模型进行了构型优化、能量计算以及Mulliken布居分析,结果表明top位是较有利的吸附位. 吸附的CH3OH解离产生甲氧基CH3O和H, 对它们在Au(111)面的吸附进行的计算表明, bridge和fcc位分别是二者的最佳吸附位. 对过渡态的计算给出了CH3OH在Au表面解离吸附的可能机理: 首先发生 O-H 键的断裂,继而生成甲氧基中间体.     

甲醇在FeS2(100)完整表面的吸附和分解

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期平板模型方法, 研究了甲醇分子在FeS₂(100)完整表面的吸附与解离. 通过比较不同吸附位置的吸附能和构型参数发现: 表面Fe位为有利吸附位, 甲醇分子通过氧原子吸附在表面Fe位, 吸附后甲醇分子中的C―O键和O―H键都有伸长, 振动频率发生红移; 甲醇分子易于解离成甲氧基CH3O和H, 表面Fe位仍然是二者有利吸附位. 通过计算得出甲醇在FeS₂(100)表面解离吸附的可能机理: 甲醇分子首先发生O―H键的断裂, 生成甲氧基中间体, 继而甲氧基C―H键断裂, 得到最后产物HCHO和H₂.     

甲醇在SnO2(110)表面的吸附与解离的理论研究

研究气体分子在固体表面吸附过程的化学和物理性质在气体传感器研究方面有着重要的意义,尤其是一些小分子与氧化物的作用受到人们广泛的关注.SnO2具有特殊的表面性质,是适合用于催化有机物的光催化剂,同时由于SnO2在易燃易爆危险气体和有机物的检测等方面有着特殊而广阔的应用前景,成为化学工作者研究的热点[1-3].     

乙烷在Ni(111)表面的吸附和分解

研究了乙烷在Ni(111)表面解离的可能反应机理, 使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态. 采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法, 优化了C2H6裂解反应过程中各物种在Ni(111)表面的top, fcc, hcp和bridge位的吸附模型, 计算了能量, 并对布居电荷进行分析, 得到了各物种的有利吸附位. 结果表明, 乙烷在Ni(111)表面C—C解离的速控步骤活化能为257.9 kJ·mol-1, 而C—H解离速控步骤活化能为159.8 kJ·mol-1, 故C—H键解离过程占优势, 主要产物是C2H4和H2.     

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。     

甲醇在Pt-Fe(111)/C表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法, 对CH3OH分子在Pt-Fe(111)/C表面top, fcc, hcp和bridge位的吸附模型进行了构型优化、能量计算, 结果表明bridge位是较有利的吸附位. 掺杂后费米能级的位置发生了右移, 价带和导带均增宽, 极利于电子-空穴的迁移, 这对提高催化活性是非常有利的. 考察抗中毒性发现: CO在Pt(111)/C面上的吸附能比甲醇吸附能要高, CO在Pt-Fe(111)/C的吸附能比甲醇吸附能要低, 可说明CO在Pt(111)/C面上有中毒效应, 而Pt-Fe(111)/C的抗CO中毒能力增强, 是催化氧化甲醇良好的催化剂.     

甲醇在Pt-Mo(111)/C表面上的吸附

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法, 对CH3OH分子在Pt-Mo(111)/C表面的顶位、穴位和桥位共计9种吸附模型进行了构型优化、能量计算和频率分析, 结果表明top-Pt位是较有利的吸附位. Mo掺杂后价带与导带位置均有不同程度的降低, 电子结构的变化使得Pt-Mo(111)/C的催化活性提高. 并且在考虑催化剂抗中毒性能时发现: CO在Pt(111)/C面上的吸附能比甲醇吸附能要高, CO在Pt-Mo(111)/C上的吸附能比甲醇的要低, 说明CO在Pt(111)/C面上的吸附会阻碍甲醇的吸附, 并影响催化过程的进行, 而Pt-Mo(111)/C的抗CO中毒化能力增强, 是催化氧化甲醇较好的催化剂.     

甲硫醇在Au(111)表面不同覆盖度下吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了五种覆盖度下甲硫醇在Au(111)面的吸附构型和吸附能. 分别对于S-H解离前CH₃SH和S-H解离后CH₃S, 计算其在不同覆盖度下的吸附结构和能量. 结果显示各种覆盖度下CH₃SH都优先吸附于top位, 倾斜角为70°±2°, 在低覆盖度(1/12, 1/9, 1/8)下的吸附能最大, 为0.33～0.35 eV; 而CH₃S在各种覆盖度下稳定吸附于bri-fcc位, 倾斜角为48.3°～58.5°, 低覆盖度下的吸附能为2.08 eV. 对于CH₃SH和CH₃S的吸附, 吸附能均随覆盖度的增大而减小. 重点研究了范德华力对高覆盖度吸附的影响. 在覆盖度为1/3时, 采用DFT-D2方法, 分别计算了CH₃SH和CH₃S的吸附, 结果显示范德华力使吸附物和Au表面的距离减小, 同时使CH₃SH和CH₃S的吸附能分别增大为0.59 eV和2.27 eV. DFT-D2方法修正使CH₃SH的结果更接近实验结论, 但使CH₃S的结果偏离实验值.     

第一性原理研究C在Fe(111)表面和次表面的积炭机理

使用密度泛函方法对C原子在Fe(111)表面吸附团聚和次表层的吸附扩散进行了研究。在炭覆盖度θ_C <1 ML时,C主要以孤立的原子态存在并导致表面重构;1 ML≤θ_C ≤2 ML,"mC₂+nC"为主要的吸附形式;θ_C≥2 ML时,复杂的吸附形态比如碳链和岛状碳团簇开始生成。这些复杂岛状碳团簇是Fe(111)表面石墨沉积或碳纳米管生长的成核中心。在次表层,C原子在八面体位稳定存在。C在表面的迁移能垒为0.45 eV,由表面迁移到次表面的的能垒为0.73 eV。虽然C₂团簇的生成是热力学有利的,但是C向次表层的迁移动力学上占优。     

甲醇在Ru(0001)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Ru15为模拟表面,对甲醇在理想的Ru(0001)面三种吸附位置(top,fcc,hcp)的吸附模型进行了几何构型优化,能量计算,Mu lliken布局分析以及振动频率计算,结果表明顶位为最有利的吸附位.这些变化与实验观察到的甲醇在过渡金属表面解离的结果相一致.同时通过对吸附过程的分析推测其可能的解离途径.     

A Periodic Density Functional Study on Adsorption Properties of Methoxy on Au（111） Surface

1INTRODUCTION Methoxy(CH3O)has been identified as the first intermediate in the decomposition of methanol on extensive list of clean transition metal surfaces,such as Ni(100)[1],Cu(100)[2,3],Cu(111)[4],Ag(111)[5],Au(110)[6],Pd(111)[7]and Ru(0001)[8].The electronic structure of the metal is a determining factor in OH bond scission.In fact,group IB clean surfaces have shown very low activity towards this reaction,al-though there are reports on low amounts of methoxy formed on clean Cu(…     

甲硫醇在Cu(111)表面的解离吸附: 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Cu(111)表面的吸附反应.系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的一系列构型, 第一次得到未解离的CH₃SH分子在Cu(111)表面顶位上的稳定吸附构型,该构型吸附属于弱的化学吸附, 吸附能为0.39 eV. 计算同时发现在热力学上解离结构比未解离结构更加稳定. 解离的CH₃S吸附在桥位和中空位之间, 吸附能为0.75-0.77 eV. 计算分析了未解离吸附到解离吸附的两条反应路径, 最小能量路径的能垒为0.57 eV. 计算结果还表明S―H键断裂后的H原子并不是以H₂分子的形式从表面解吸附而是以与表面成键的形式存在. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S―H键断裂后S原子和表面的键合强于未断裂时S原子和表面的键合.     

A Density Functional Theory Study on the Adsorption of CN on Ni(111) Surface

1 INTRODUCTION Cyanide, CN, is an important free-radical mole-cule of one carbon chemistry, organic chemistry, free-radical chemistry and cosmochemistry. And the im-portant industrial processes, such as the Andrussovreaction, depend on the reactivity of CN bond[1]. Thechemistry of cyanide is also important in the surfacechemistry of a number of C- and N-containing sys-tems[1, . During the past decade, the adsorption of 2]CN and CN-containing molecules on transition metalsurfa…     

Cu(100)表面吸附CN的密度泛函研究

采用密度泛函方法,以原子簇Cu14为模拟表面,对CN自由基分子在垂直和平行Cu(100)表面不同位置的吸附情况进行了研究,结果表明：通过原子C垂直吸附在表面的顶位是其最佳吸附方式,吸附后CN键振动频率发生蓝移;而其它吸附方式中CN键振动频率均发生红移．DOS和电荷转移分析指出CN通过C端吸附在表面顶位位置时,Cu与CN之间具有较强的σ成键和较弱的π反键特征．     

Au(111)面甲烷硫醇吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Au(111)表面的吸附构型和电子结构. 系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的系列构型, 计算结果表明, CH₃SH分子倾向于吸附在top位上, S-C键相对于Au表面法线的夹角为62°～78°|而S-H键断裂后CH₃S_H则倾向于吸附在bri-fcc位上, S-C键相对于Au(111)表面法线的夹角为49°～57°. 比较分析CH₃SH分子和CH₃S_H的吸附, 发现CH₃SH分子倾向于不解离吸附, 表面温度的提升和缺陷的出现可能促使S-H键的断裂. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S-H键断裂后S原子和表面的键合强于S-H键未断裂时S原子和表面的键合. 扫描隧道显微镜(STM)图像模拟显示了CH₃SH和CH₃S_H在Au(111)表面吸附的3个典型的STM图像.     

Density Functional Theory Study on the Adsorption of HCNH and CNH2 on Cu（100） Surface

The HCNH and CNH2 adsorption on different coordination sites of Cu（100） was theoretically studied considering the cluster approach. The present calculations show that the bridge site is the most favorite for CNH2 perpendicularly adsorbed on the Cu（100） surface via the C atom. For HCNH absorbed on the Cu（100） surface, the parallel adsorption mode with the C and N atoms nearly directly above the adjacent top sites of Cu（100） surface is the most favored. Both CNH2 and HCNH are strongly bound to the Cu（100） surface with CNH2 which is lightly stable （2.51 kJ·mol^-1）, indicating that both species may be co-adsorbed on the Cu（100） surface.     

密度泛函理论研究十二烷硫醇在Au(111)面上的吸附

采用第一性原理方法研究了十二烷硫醇(C₁₂H₂₅SH)分子在Au(111)面上未解离和解离吸附的结构、能量和吸附性质,在此基础上分析判断长链硫醇分子在Au(111)面吸附时S―H键的解离, 以及分子链长度对吸附结构和能量的影响. 计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的系列构型, 结果表明在S―H键解离前和解离后,均存在两种可能的表面结构, 直立吸附构型和平铺吸附构型; 未解离的C₁₂H₂₅SH分子倾向于吸附在top位, 吸附能为0.35-0.38 eV; H原子解离后C₁₂H₂₅S基团倾向于吸附在bri-fcc位, 吸附能量为2.01-2.09 eV. 比较分析未解离吸附和解离吸附, 发现C₁₂H₂₅SH分子未解离吸附相较于解离吸附要稳定, 未解离吸附属于弱化学吸附.局域电子态密度和差分电荷密度分析进一步验证了S―H解离后S原子与表面之间成键的数目增加, 而且键合更强. 同时我们发现长链硫醇的吸附能量较短链硫醇的吸附能量略大, S原子与表面Au原子之间的距离略小.