Cu 表面性质的第一性原理分析

采用第一性原理赝势平面波方法, 计算并详细分析了面心立方Cu晶体及其 (100), (110) 和 (111) 这3个低指数表面的原子结构、 表面能量及表面电子态密度. 表面能的计算结果表明, Cu (111) 表面的结构稳定性最好, Cu (100) 表面次之, Cu (110)表面的结构稳定性最差. 3个表面的表面原子弛豫量随着层数的增加而逐渐减弱. Cu (110) 表面的最表层原子相对收缩最大, Cu (100)表面次之, Cu (111) 表面的最表层原子相对收缩最小. 表面原子弛豫不仅引起表面几何结构的变化, 而且使表面层原子的电子态密度峰形相对晶体内部发生变化, 这是表面能产生的主要原因, 而Cu (110)表面相对于Cu (100)与Cu (111)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子电子态密度在高能级处的波峰相对晶体内部显著的升高. 关键词： Cu 晶体 表面结构 表面能 态密度     

用低能电子衍射研究ⅢA-ⅤA和ⅡB-ⅥA化合物(110)和(1010)表面的弛豫

用低能电子衍射研究了ⅢA-VA和ⅡB-VIA化合物(110)和(1010)表面的弛豫,发现当理论计算与实验符合得很好时其结构是:保持表面上A-B键长不变,用一个旋转角ω,使B原(离)子向外移动,A原(离)子向内移动,第一表面原子层间距d₁=0.610-0.810?[对ⅢA-VA(110)],0.536—0.825?[对ⅡB-VIA(110)]和0.633-1.060?[对ⅡB-VIA(1010),第二表面原子层间距d₂=1.300-1.610?[对ⅢA-VA(100)],1.430-1.700?[对ⅡB-VIA(110)]和0.820-0.930?[对ⅡB-VIA(1010),而第三表面原子层间距d₃=1.410-2.440?[对ⅢA-VA(110)],2.020-2.250?[对ⅡB-VIA(110)]和1.910-2.440?[对ⅡB-VIA(1010)]。对此结构,弛豫率α是:0.24±0.02[对ⅢA-VA(110)],0.25±0.02[对ⅡB-VIA(1010)]和0.33±0.03[对ⅡB-VIA(1010)]。 关键词：     

用低能电子衍射研究ⅢA-ⅤA和ⅡB-ⅥA化合物(110)和(100)表面的弛豫

用低能电子衍射研究了ⅢA-VA和ⅡB-ⅥA化合物(110)和(100)表面的弛豫,发现当理论计算与实验符合得很好时其结构是:保持表面上A-B键长不变,用一个旋转角ω,使B原(离)子向外移动,A原(离)子向内移动,第一表面原子层间距d_1=0.610-0.810A[对ⅢA-VA(110)],0.536—0.825A[对ⅡB-ⅥA(110)1和0.633-1.060A[对ⅡB-ⅥA(1010),第二表面原子层间距d_2=1.300-1.610A[对ⅢA-VA(100)],1.430-1.700A[对ⅡB-ⅥA(110)]和0.820-0.930A[对ⅡB-ⅥA(1010),而第三表面原子层间距d_3=1.410-2·440A[对ⅢA-VA(110)],2.020-2.250A[对ⅡB-VIA(110)]和 1.910-2.440A[对ⅡB-VIA(1010)]。对此结构,弛豫率α是:0.24±0.02[对ⅢA-VA(110)],0.25±0.02[对ⅡB-VIA(1010)]和0.33±0.03[对ⅡB-VIA(1010)]。     

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°。     

用低能电子衍射研究Cu（001）表面吸附碲的表面原子结构

本文提出了一个由低能电子衍射能带理论计算所确-定的,在Cu(001)表面的4重对称空隙上吸附Te原子的吸附层模型。原子层间距d_1=1.633±0.004,d_2=1.943±0.007(膨胀7.6％±0.007)。     

用低能电子衍射研究GaAs(110)表面的弛豫

用低能电子衍射研究了GaAs(110)表面的弛豫。发现当理论与实验之间符合得最好时,得到的结构是,保持表面上As—Ga键长不变用一个27.32°±0.24°的旋转角(ω),使As原子向外移动0.10±0.02?,Ga原子向内移动0.55±0.02?,而从Ga到第二层时空间为d₂=1.45±0.01?,从第二层Ga到第三层的空间为d₃=2.01±0.01?。对此结构As的背键长l_As=2.43±0.01?(收缩0.56％),而Ga的背键长l_Ga=2.253±0.004?(收缩8.0％)。 关键词：     

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。     

用低能电子衍射计算Ni(001)Ni(110)和Ni(111)表面化学吸附硫的表面原子层间距

在本文里,我们用一维的能带理论计算了Ni(001)、Ni(110)和Ni(111)表面化学吸附硫的表面原子层间距d_s。我们发现,当Ni(001)C(2×2)-S、Ni(110)C(2×2)-S和Ni(111)P×(2×2)-S表面的d_s分别等于1.291±0.01(?),0.929±0.01(?)和1.390±0.01(?)时。显示出,理论计算的LEED谱与实验非常一致.     

HCN气体在金属Cu、Zn表面吸附的密度泛函研究

基于密度泛函理论方法研究了HCN气体在Cu(100)、Cu(110)、Cu(111)、Zn(100)、Zn(110)、Zn(111)表面上不同吸附位点的吸附性质,计算并分析了吸附能、电荷转移、电子态密度的特征。研究表明：HCN在Cu不同表面的吸附能分布在-0.42~-0.29 eV区间内,为物理吸附。HCN在Zn不同表面的吸附能相差较大,Zn(111)表面Hollow吸附位点的吸附能为-1.57 eV,为化学吸附。吸附能较大时对应的HCN的键长键角变化率较大。HCN在Zn表面的吸附要强于在Cu表面的吸附。HCN吸附在金属表面后,电子从吸附剂表面转移到HCN上,同一吸附剂表面不同吸附位点的吸附能越大,电子转移数量越多。吸附后HCN态密度曲线整体向低能级移动,峰值降低,其结构变得更加稳定。     

Cu(100),(111),(110)表面晶格振动和力常数

采用嵌入原子方法得到了描述Cu基态相互作用性质的半经验函数;推导了表面面间力常数的计算公式,并计算了Cu(100),(111),(110)表面面间力常数,由此揭示了原子间相互作用在体内和在表面附近的区别,以及它们在不同表面结构中的差异。采用递推方法计算了相应的表面振动的投影态密度,与电子能量损失谱(EELS)所得到的实验结果符合得较好。 关键词：     

利用原子集团多重散射理论决定HCOO-Cu(110)的结构

利用原子集团多重散射理论计算甲酸在Cu(110)表面催化分解中间产物HCOO(formate)的O原子K边X射线吸收精细结构谱,证实formate吸附在Cu(110)表面长方元胞的短桥位,求得C—O键长等于1.26±0.01?,Cu—O键长为1.975±0.02?,O—C—O键角处于130°—134°范围内。上述结果与光电子衍射谱的分析结论一致。 关键词：     

利用扫描隧道显微镜研究水分子在Cu(110)表面的吸附与分解

利用扫描隧道显微镜研究水分子在吸附有氧原子的Cu(110)表面的吸附与分解过程.室温条件下,氧原子(O)在Cu(110)表面吸附并自组装形成规则的沿[001]方向的(2×1)Cu-O链状结构.将吸附有氧原子的Cu(110)样品置于77 K低温条件下观察水分子的吸附与分解,发现在低温下水分子通过氢键与Cu-O链中的氧原子键合而吸附于Cu-O链的顶部和周围,吸附于Cu-O链周围的水分子自组装形成规则的六边形网状结构.通过针尖隧穿电子激发,六边形网状结构中的水分子与氧原子发生化学反应,反应生成的羟基与未参与反应的水分子键合在裸露的Cu(110)表面形成蜂窝网状结构.研究结果表明,Cu(110)表面吸附的氧原子有助于水分子在金属表面的吸附和组装,同时可以催化金属表面水分子的分解反应,对水汽转换实验研究具有一定的指导意义.     

Cu(111)面K-O复合物的形成

本工作对室温Cu(111)面CO,O₂和K的共吸附进行研究。高分辨电子能量损失谱(HREELS)的实验结果表明:由于K的出现,室温下Cu表面上可以有分子状态的CO存在。C0与K在Cu(111)面上共吸附时,CO分子中的O可以和K形成“K-O”复合物,“K-O”复合物的形成与K在Cu表面上的状态有关。只有在K覆盖度大于0.04时,K原子出现退极化时。“K-O”复合物才被观察到。 关键词：     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

冷轧铜板再结晶織构的形成

电解纯铜经88.7％冷轧后,所形成的轧制织构除稳定的(110)[112]舆(112)[111]外,还存在着一种(3,6,11)[533]织构。在较低温度下退火时,再结晶织构主要为(100)[001]、(358)[352]和舆(100)[001]成孪生取向的(122)[212]织构。随着退火温度的增加,(358)[352]织构逐渐减弱,立方织构(100)[001]则逐渐加强;当退火温度达到900℃时,开成了集中的(100)[001]织构。冷轧铜板在退火的过程中,具有(100)[001]再结晶晶粒首先形成,然后普遍地发生同位再结晶。其中具有(100)[001]取向的晶粒,继续发生选择性的生长,最后形成了集中的立方织构。本支中对轧制织构舆其再结晶织构取向间的关系也进行了分析,再结晶织构一般可认为是原有织构沿某一个[111]轴旋转45°,22°或38°的结果。同时,根据上述几何关系所绘出的理想极图舆实际测定的结果也是符合的。试验结果指出,不同加热速度和不同加热程序对形成最终的再结晶织构,不发生显著的影响,而退火温度对再结晶织构的形成起着主要的作用。     

局域功函数图像及其在Cu(111)-Au/Pd表面的应用

用扫描隧道显微镜（STM）对Cu(111)-Au和Cu(111)-Pd表面的局域功函数进行了研究.通过 测量隧道电流对针尖样品间距的响应，得到了与STM形貌图一一对应的表面局域功函数图像. 实验发现，Au/Pd覆盖层和Cu衬底间的功函数有明显的不同.Pd薄膜的功函数甚至超过了其体 本征值，且功函数在台阶处变小.用偶极子的形成解释了台阶处功函数的降低.这一工作表明 ，用测量局域功函数的方法容易区分表面上不同的元素，并具有纳米尺度的空间分辨率. 关键词： 扫描隧道显微镜 局域功函数 台阶     

衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜织构的影响

分别在苏打石灰玻璃、Mo箔、无择优取向的Mo薄膜以及(110)择优取向的Mo薄膜四种不同衬底上,采用共蒸发工艺沉积约2μm厚的Cu(In,Ga)Se2薄膜,用X射线衍射仪测量薄膜的织构,研究衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜织构的影响.在以上四种衬底上沉积的Cu(In,Ga)Se2薄膜的(112)衍射峰强度依次逐渐减弱,(220/204)衍射峰从无到有且强度逐渐增强.在苏打石灰玻璃和Mo箔衬底上的Cu(In,Ga)Se2薄膜具有明显的(112)择优生长,而在(110)取向的Mo薄膜衬底上,Cu(In,Ga)Se2薄膜的织构为(220/204)取向.研究结果表明,只有(110)择优取向的Mo薄膜衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜(220/204)织构的形成有重要影响.     

Cu(100)表面CO分子单层膜的原子结构

利用第一性原理研究了覆盖度分别为1.00, 0.50和0.25 ML时CO分子单层膜在Cu(100)表面的吸附系统. 计算表明CO分子对不稳定. 获得了CO分子单层膜在虚拟Cu(100)表面的原子结构, 以及CO分子单层膜在Cu(100)表面吸附系统的原子结构. 当CO分子单层膜在Cu(100)表面的三个吸附位吸附, 覆盖度为1.00 ML时, 顶位和桥位都稳定, 而空心位不稳定; 覆盖度为0.50和0.25 ML时, 三个吸附位都稳定.比较吸附前后CO分子单层膜的原子结构, 可知CO分子和Cu(100)表面的相互作用强于CO分子单层膜之间的相互作用. 关键词： CO分子单层膜 自组装 CASTEP Cu(100)     

H_2在Ni,Pd与Cu表面的解离吸附

用EAM方法(embeded-atommethod)研究H_2在Ni,Pd与Cu的(100),(110)与(111)面上的解离吸附.首先通过拟合单个H原子在Ni,Pd与Cu不同表面上的吸附能和吸附键长,得到H与这些金属表面相互作用的EAM势,然后计算H_2在这些表面上以不同方式进行解离吸附时的活化势垒E_a,吸附热q_(ad)与吸附键长R.并给出H_2在(110)面上解离吸附的势能曲线.计算结果表明H_2的解离吸附与衬底种类、衬底表面取向及解离方式有关.H_2在Ni表面上解离时活化势垒很低,而在Cu表面解 关键词：     

Ag/Cu(111)与Au/Cu(111)体系异质外延岛演化过程中的应变释放及其对Moiré结构形成的影响

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，利用分子动力学模拟方法研究了Au/Cu(111)和Ag/Cu (111)体系的异质外延结构特征以及外延岛形貌和应变释放的演化过程. 通过对比Au/Cu(111)和Ag/Cu (111)体系的异质外延结构及外延岛演化行为，揭示了导致Ag/Cu (111)体系中异质外延层形成Moiré结构的微观物理机理及其与外延体系的宏观物理特性之间的关系. 研究结果显示，外延岛原子与基体表面原子之间的界面结合强度是形成Moiré结构的重要因素，异质外延体系的界面结合强度取决于二者的合金熔解热. 当异质外延体系的合金熔解热为正值时，界面结合强度较弱，有利于Moiré结构的形成. 同时，外延岛原子之间的相互作用决定着外延岛的面内弛豫行为，对Moiré结构的形成有一定的影响. 外延岛的面内弛豫行为与外延层和基体之间的相对刚度有关，弹性模量较大的外延层具有较强的延展能力，对Moiré结构的形成有利. 此外，Moiré结构的形成与外延岛的尺度有关，主要是外延岛边界原子的钉扎作用对外延岛内原子弛豫行为的约束作用的影响.