FePc与TiO2(110)及C60界面电子结构研究

基于C₆₀受体和有机分子给体的太阳能电池是目前非常重要的一个研究热点, 利用同步辐射真空紫外光电子能谱(SRUPS) 技术研究了酞菁铁(FePc)与TiO₂(110)及C₆₀的界面电子结构, 以及FePc与C₆₀分子混合薄膜的电子结构. SRUPS价带谱显示, FePc沉积在化学计量比与还原态两种不同的TiO₂(110)表面时, FePc分子的HOMO能级均随FePc厚度的变化发生了移动, 而在化学计量比的TiO₂(110)表面位移较大, 同时发生界面能带弯曲, 说明存在从有机层向衬底的电子转移. 在FePc/C₆₀和C₆₀/FePc界面形成过程中, FePc与C₆₀分子的最高占据分子轨道(HOMO)位移大小基本相同. 由界面能级排列发现, 在FePc与C₆₀的混合薄膜中, FePc分子的HOMO与C₆₀分子的最高占据分子轨道能级差较大, 这有利于提高器件开路电压, 改善器件性能.     

甲醇/TiO2(110)界面激发态的表征

用光电子能谱的方法研究了甲醇/TiO₂(110)界面的电子结构．在激发波长为400 nm的双光子光电子能谱(2PPE)中,探测到了一个末态能量在费米能级以上5.5 eV的共振信号．之前的研究[Chem. Sci. 1, 575 (2010)]表明,这个共振信号与甲醇在5配位的钛离子(Ti_5c)上的光催化解离相关．双光子光电子能谱同时携带初态和中间态的信息．为此设计了一个调谐激发光波长的2PPE实验以及一个单光子光电子能谱(1PPE)和2PPE对比的实验,结果一致表明这个共振信号来自于未占据的中间态,也就是激发态．能带色散关系测量表明这个激发态是局域的．时间分辨2PPE测得这个激发态的寿命是24 fs．     

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}     

(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     

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     

乙醇在TiO2(110)表面光催化解离的动力学和超快电子动态学 (cited: 2)

采用实时双光子光电子能谱和时间分辨双光子光电子能谱技术分别研究了乙醇在该表面光催化解离的动力学和超快电子动态学过程. 通过测量与乙醇光催化解离相关的电子激发态随时间的演化,发现这个反应满足分型动力学. 乙醇在还原性TiO₂(110)上的光催化解离比在氧化性表面快,这归结于缺陷的存在降低了反应能垒. 这样一个反应的加速过程很可能是与缺陷电子相关的. 通过干涉双脉冲相关的测量,得到了乙醇-TiO₂界面电子激发态的超快动态学. 与甲醇的情况类似,这个电子激发态的寿命为24 fs. 激发态的出现为TiO₂和它周围环境的电子转移提供了一个通道.     

TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了TiO₂分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、吸附能量和吸附位置. 计算结果表明不同初始位置的TiO₂分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga-O化学键表现出共价键特征,化学结合能达到7.932-7.943eV,O-O连线与GaN[1120]方向平行,与实验观测(100)[001] TiO₂//(0001)[1120]GaN一致. 通过动力学过程计算分析,TiO₂分子吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,稳定吸附结构和优化结果一致. 关键词： GaN(0001)表面 2分子')" href="#">TiO₂分子 密度泛函理论 吸附     

锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面还原型缺陷对乙醛偶联反应的作用

本文利用程序升温脱附技术(TPD)研究了乙醛吸附在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的化学性质. 实验结果表明完整晶格位点对乙醛反应表现极为惰性,而表面上的还原型缺陷位点在热驱动下可有效地使乙醛分子通过碳-碳偶联反应生成2-丁酮和丁烯. 提出了乙醛在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面偶联反应主要是通过表面还原型缺陷位吸附成对的乙醛分子,因为表面已有的钛原子对还原型缺陷为乙醛分子提供了合适的吸附位点.     

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 0 14± 0 0 0 6 )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5 2° ,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 与σ 态中间的共振结构 ,这是由SO2 与衬底相互作用而诱导的     

Defect types and room temperature ferromagnetism in N-doped rutile TiO2single crystals

The magnetic properties and defect types of virgin and N-doped TiO2 single crystals are probed by superconducting quantum interference device （SQUID）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, and positron annihilation analysis （PAS）. Upon N doping, a twofold enhancement of the saturation magnetization is observed. Apparently, this enhancement is not related to an increase in oxygen vacancy, rather to unpaired 3d electrons in Ti3＋, arising from titanium vacancies and the replacement of O with N atoms in the futile structure. The production of titanium vacancies can enhance the room temperature ferromagnetism （RTFM）, and substitution of O with N is the onset of ferromagnetism by inducing relatively strong ferromagnetic ordering.     

密度泛函理论研究Hg与Auqn(n=1—6, q=0,+1,-1) 团簇的相互作用

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Hg与小团簇Au ^q_n (n=1—6, q=0, +1, -1)的相互作用进行了系统研究. 结果表明,除Au₅^+,-团簇外,前线分子轨道理论可以成功预测大部分Au _n Hg ^q 复合物的最低能量结构. Au_n团簇对Hg的吸附受团簇尺寸大小和团簇所携带电荷的影 关键词： 密度泛函理论 汞 金团簇 吸附能     

Ar-H2(D2, T2)碰撞体系的振转相互作用势及散射截面的理论计算

用量子力学从头算的耦合族CCSD(T)方法, 使用相关一致基组aug-cc-pV5Z并加3s3p2d1f1g高斯键函数计算了Ar原子与H₂分子的振转相互作用和电荷分布, 采用Boys和Bernardi提出的均衡法消除了基组重叠误差(BSSE). 然后用Tang-Toennies势能函数拟合得到Ar-H₂体系相互作用势的解析表达式. 在该相互作用势下, 用密耦方法计算了Ar原子入射能量为83 meV时, Ar-H₂(D₂, T₂)碰撞体系的散射截面. 计算Ar-D₂体系的微分截面与实验值比较符合很好. 计算结果及分析表明, 在长程吸引势的散射中, 色散能起主要作用; 在短程排斥势的散射中, 交换能起重要作用. 当碰撞参数在0.27 nm至0.47 nm的范围时, Ar-H₂(D₂, T₂)碰撞体系的径向偶极发生两次转向.     

I掺杂金红石TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;(110)面的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO₂（110）表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO₂光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO₂吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO₂可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能. 关键词： 第一性原理 I掺杂 2(110)')" href="#">金红石相TiO₂(110) 光催化     

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.     

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.     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势：O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti₁和Ti₂空位的产生均使O₁自发地与周围的O原子团聚,O_i原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti_i2缺陷几乎 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 点缺陷 表面结构     

Density Functional Theory Study on Electronic and Magnetic Properties of Mn-doped (MgO)n (n=2～10) Clusters

利用密度泛函理论方法优化了纯的和M_n原子掺杂的(MgO)_n (n=2～10)团簇的几何结构. 在Mn原子掺杂的氧化镁结构中, 获得了一系列的同分异构体和与之相对应的总能量.MnMg_n-1O_n(n=2～10)的几何构型显示Mn原子优先取代低配位的Mg原子. 结构稳定性分析表明,除了(MgO)₁₀团簇外,其它纯的和掺杂结构的平均结合能均随着团簇的增大而增强. MnMg_n-1O_n团簇的二阶能量差结果表明MnMg₅O₆和MnMg₈O₉比相邻的团簇表现出更高的相对稳定性. 除了MnMgO₂团簇的磁矩为3.00 μB外,其它掺杂结构的磁矩均为5 μB左右. 它们的磁性主要受电荷转移大小、原子在结构中的位置以及结构尺寸所影响.     

［Mg(NH2)2］n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G^*基组水平上对［Mg(NH₂)₂］_n(n=1—5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明：团簇易形成链状结构,Mg—N键长为0.190—0.234 nm,N—H键长为0.101—0.103 nm,H—N—H键角为100.2°—107.5°;团簇中M 关键词： 2)₂］_n(n=1—5)团簇')" href="#">［Mg(NH₂)₂］_n(n=1—5)团簇 密度泛函理论 结构与性质 储氢材料     

A Comparative Study of the Growth of Cr on (110)TiO2 Rutile, (0001) α-Al2O3 and (100)SrTiO3 Surfaces

Thin Cr films were deposited on single crystal -Al₂O₃, SrTiO₃ and TiO₂ (rutile) substrates under ultrahigh vacuum conditions using molecular beam epitaxy (MBE). The growth behavior and thermal stability of the films were investigated with scanning tunneling microscopy (STM), X-ray phototelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), and transmission electron microscopy (TEM). Cr grew as 3D clusters on all substrates. For all three Cr/oxide systems a strong temperature dependent interfacial reaction was observed. The results suggested that these reactions depended greatly on thermodynamics and on transport properties in the oxide substrates.     

Au2Gen-/0 (n=1∽8)团簇结构演化和电子性质的光电子能谱和理论计算研究

本文利用尺寸选择的负离子光电子能谱和理论计算探索Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的结构演化和电子性质. 通过比较理论模拟谱与实验谱,并使用CCSD(T)理论方法计算异构体的相对能量,从而确定金锗混合团簇的全局最小结构. 本文发现Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的两个Au原子具有较高的配位数和较弱的亲金相互作用. 负离子团簇和中性团簇的最稳定结构分别处于自旋双重态和自旋单重态. 除了Au₂Ge₄^-/0和Au₂Ge₅^-/0,负离子团簇和中性团簇的全局最小结构具有相似的结构特点. Au₂Ge₁^-/0团簇是一个C_2v对称的V形结构,而Au₂Ge₂^-/0团簇是一个C_2v对称的双桥连结构. Au₂Ge₁^-负离子团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄四面体结构,而Au₂Ge₄中性团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄菱形结构. Au₂Ge_5∽8^-/0团簇主要采用三棱柱、四棱柱、及五棱柱结构. Au₂Ge₆是一个C_2v对称的四棱柱结构,并表现出σ和π双键性质.