CO在尖晶石结构CuCr2O4(111)表面上的吸附理论研究

采用密度泛函理论，研究了CO在具有尖晶石结构的过渡金属氧化物CuCr2O4(100)表面上的吸附. 几何构型优化结果表明，CO倾向于以碳端吸附在Cu原子上，吸附能达到133.2 kJ/mol. 吸附在五配位的Cr原子上也比较稳定，吸附能为57.5 kJ/mol. 吸附后，C-O键伸长，振动频率出现红移，表明分子被活化. 同时分析了吸附前后态密度的变化，探讨了CO与底物的成键机理.     

Si(001)-(2*2*1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

建立了一种计算Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的理论模型．在周期性边界条件下,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的超软赝势法对Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附进行了第一性研究．通过占位能的计算,得到了Si(001)-(2×2×1):H表面O2的最佳吸附位置．计算结果表明吸附后的反应产物应为Si=O和H2O,从理论上支持了D．Kovalev等人提出反应机制．     

密度泛函理论研究MN@H_2O (M=Ga,Ge, In,Sn, Sb; N=M,Al)团簇的特性

采用密度泛函理论的B3LYP, B3P86, B1B95, P3PW91和PBE1PBE方法结合SDD, LANL2DZ和CEP-121G基组计算了d~(10)组态二聚物MN(M=Ga, Ge, In, Sn和Sb; N=M和Al)的几何结构.采用B3P86/SDD进一步研究了MN@H_2O团簇的几何结构及吸附能.结果表明,水分子结合在二聚物M_2上时,对二聚物影响较大,对水分子自身影响较小.将M_2中Ga, Ge, In, Sn或Sb替换一个原子为Al时,水分子在GeAl和SnAl上的吸附能变化较大,而在GaAl, InAl和SbAl上吸附能变化较小.另外, H_2O吸附在Ga, Ge, In, Sn和Sb上时,与吸附在Al上时,吸附能的变化不大.     

水分子在Yn (n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附

运用密度泛函理论,对H2O在Yn (n=2-8) 团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明：分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H, O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了（解离吸附n=4, 5除外）主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

水分子在Yn (n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附

运用密度泛函理论,对H2O在Yn (n=2-8) 团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明：分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H, O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了（解离吸附n=4, 5除外）主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

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.     

硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物氢键相互作用的密度泛函研究

为研究硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物的氢键作用,采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上对硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物的结构进行优化,采用MP2/6-311++G(d, p)方法,经基组叠加误差和零点能校正计算得到复合物的相互作用能.利用自然键轨道分析方法研究复合物氢键作用的本质,并对复合物中水分子的振动光谱进行分析.计算结果表明,硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物存在着6个硝酸羟胺-H_2O稳定构型和8个硝酸羟胺-(H_2O)_2稳定构型,且最稳定构型的相互作用能分别为52.821 kJ·mol~(-1)和73.349 kJ·mol~(-1).在硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物中,水中H-O伸缩振动频率明显红移,且红移增大的程度与复合物稳定化能的变化趋势基本一致.     

C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明:C_2H_6和C_2H_4在Ni(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-36.41和-48.62 kJ·mol~(-1),物种与金属表面吸附较弱;而C_2H_5在Ni(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-100.21 kJ·mol~(-1),物种与金属表面较强;三物种与金属表面之间都有电荷转移,属于化学吸附.     

第一性原理研究H_2O分子在CaCO_3(104)表面吸附

基于密度泛函理论的第一性原理方法模拟研究H_2O在CaCO_3(104)表面的吸附特征.首先,研究H_2O分子在CaCO_3(104)表面的顶位、桥位(短桥位、长桥位)和穴位上垂直和平行表面两种类型下的8种高对称吸附结构模型,结合吸附能和稳定吸附构象确定最优吸附位.而后,基于H_2O/CaCO_3(104)最优吸附结构模型,研究吸附前后H_2O和CaCO_3(104)表面的物理结构、电子结构(Mulliken电荷布居数、态密度、电子局域函数)的特征,分析H_2O/CaCO_3(104)表面之间的相互作用以及成键机理.研究结果:吸附能和体系稳定构象显示H_2O分子/CaCO_3(104)表面的最稳定吸附结构为穴位-平行.在穴位-平行位吸附后,H_2O分子的O-H键长和H-O-H键角均发生改变; CaCO_3晶体平行和垂直(104)表面方向上原子位置均发生改变,表面层变化最大;即吸附作用对H_2O分子和CaCO_3晶体的物理结构均产生较大影响; H_2O/CaCO3(104)最优吸附体系的Mulliken电荷布居数、电子态密度、电子局域函数的研究均说明H_2O分子与CaCO3(104)之间存在电子的转移形成化学键.其中,Ca-O(H_2O)形成离子键,H(H_2O)-O(CaCO_3)之间存在氢键作用.本文研究揭示了方解石表面水湿性的原因,同时为方解石润湿性的深入研究奠定基础.     

密度泛函理论研究鸟氨酸盐在Mg(0001)表面的吸附机理

镁及镁合金具有与人体自然骨的密度相近,良好的生物相容性等特点,但作为生物医用材料植入人体之后,及易降解和腐蚀。本论文用密度泛函理论研究了鸟氨酸盐在Mg(0001)表面的吸附,通过吸附能,态密度,电荷差分密度等分析发现鸟氨酸盐在Mg（0001）表面存在强烈的Mg-O和Mg-N相互作用,从而鸟氨酸盐有望在镁金属的表面可以形成一层致密的氧化膜,达到改善镁金属材料的耐腐蚀性,降低降解速度的目的。     

密度泛函理论研究鸟氨酸盐在Mg(0001)表面的吸附机理

镁及镁合金具有与人体自然骨的密度相近,良好的生物相容性等特点,但作为生物医用材料植入人体之后,及易降解和腐蚀.本论文用密度泛函理论研究了鸟氨酸盐在Mg(0001)表面的吸附,通过吸附能,态密度,电荷差分密度等分析发现鸟氨酸盐在Mg(0001)表面存在强烈的Mg-O和Mg-N相互作用,从而鸟氨酸盐有望在镁金属的表面可以形成一层致密的氧化膜,达到改善镁金属材料的耐腐蚀性,降低降解速度的目的 .     

密度泛函理论研究碱金属原子在完美氧化镁(001)表面的吸附

基于平面波赝势法的密度泛函理论系统地研究了孤立碱金属原子(锂、钠、钾、铷、铯)在完美氧化镁(001)表面的吸附. 锂在氧位表面上的吸附能是0.72 eV,大约是其它碱金属的3倍. 锂和表面氧之间较强的相互作用主要是来源于共价键的作用,这可由态密度和差分电荷密度的分析所证实. 讨论碱金属在MgO(001)表面吸附的成键机理.     

Au2Ag和AuAg2团簇对CO催化氧化反应的理论研究

本文采用密度泛函理论,对Au₂Ag和AuAg₂团簇催化CO的氧化反应机理进行了系统的研究.对CO+O₂→CO₂+O和CO+O→CO₂两个氧化反应,文中分别讨论了ER反应机理和LH反应机理,结果发现在CO+O₂反应中倾向于LH反应机理,而在CO+O反应中则倾向于ER反应机理.此外,在完整的CO氧化反应中,Au₂Ag团簇两个催化氧化反应过程中的势垒都很低,说明其有望成为良好的CO氧化催化剂.     

2-吡啶甲醇红外光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT) 在B3LYP/6-311G(d,p)水平上对2-吡啶甲醇分子进行了结构优化和频率计算,得到了该分子的稳定构型和全部振动模式。通过与吡啶分子的结构参数以及相关文献数据的对比,发现理论值与实验值相吻合。理论计算和实验测得的红外光谱数据的比较分析表明,理论计算与实验测量结果符合得较好, 并对2-吡啶甲醇分子的振动模式进行了归属。     

H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)表面的吸附特性与微观机理

近年来,随着着光纤技术和光集成技术的发展,光学气敏湿度传感器被广泛应用,在气敏传感材料领域中,由于TiO2具有灵敏度高、响应时间快等优点而受到广泛关注。本文采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,模拟计算H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)无氧空位和有氧空位表面的吸附行为,对吸附能、吸附距离、吸附前后表面电子态密度以及光学性质分别进行分析,结果表明：H2O分子在无氧空位锐钛矿型TiO2(101)表面不容易被吸附,在含有氧空位缺陷的表面容易被吸附;稳定吸附后,H2O分子平面垂直于TiO2表面;负电中心（O端）距空位越近,吸附越稳定,且氧空位浓度越高,吸附效果越明显;通过电子态密度分析发现,H2O分子吸附于含氧空位的表面后,由于H2O分子中O原子的2p孤对电子掺入,在费米能级附近出现新峰值,提高了材料在可见光低能区域的跃迁几率,明显改善了对可见光的吸收系数和反射率,光学气敏传感特性显著。     

H_2O分子在锐钛矿型TiO_2(101)表面的吸附特性与微观机理

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,模拟计算H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)无氧空位和有氧空位表面的吸附行为,对吸附能、吸附距离、吸附前后表面电子态密度以及光学性质分别进行分析,结果表明:H2O分子在无氧空位锐钛矿型TiO2(101)表面不容易被吸附,在含有氧空位缺陷的表面容易被吸附;稳定吸附后,H2O分子平面垂直于TiO2表面;负电中心(O端)距空位越近,吸附越稳定,且氧空位浓度越高,吸附效果越明显;通过电子态密度分析发现,H2O分子吸附于含氧空位的表面后,由于H2O分子中O原子的2p孤对电子掺入,新峰值在费米能级附近出现,提高了材料在可见光低能区域的跃迁几率,明显改善了对可见光的吸收系数和反射率,光学气敏传感特性显著.     

甲氧基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对甲氧基在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化、能量计算、Mulliken电荷布居分析以及差分电荷密度计算.结果表明,甲氧基通过氧原子与金属表面相互作用时,垂直吸附在fcc位是最有利的吸附构型,吸附能为2.26eV,此时电子从金属表面向甲氧基转移.吸附过程中C-O键振动频率发生红移,表明在该表面C-O键容易被活化.结合差分电荷密度分析表明,吸附时CH3O中氧的2p原子轨道和铱的dz2原子轨道相互作用形成σ键.     

甲氧基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对甲氧基在Ir(111)表面top, bridge, fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化、能量计算、Mulliken电荷布居分析以及差分电荷密度计算。结果表明,甲氧基通过氧原子与金属表面相互作用时,垂直吸附在fcc位是最有利的吸附构型,吸附能为2.26 eV,此时电子从金属表面向甲氧基转移。吸附过程中C-O键振动频率发生红移,表明在该表面C-O键容易被活化。结合差分电荷密度分析表明,吸附时CH3O中氧的2p原子轨道和铱的dz2原子轨道相互作用形成σ键。     

Adsorption and dissociation of O2 on CuCl(1 1 1) surface: A density functional theory study

The adsorption and dissociation of O₂ on CuCl(1 1 1) surface have been systematically studied by the density functional theory (DFT) slab calculations. Different kinds of possible modes of atomic O and molecular O₂ adsorbed on CuCl(1 1 1) surface and possible dissociation pathways are identified, and the optimized geometry, adsorption energy, vibrational frequency and Mulliken charge are obtained. The calculated results show that the favorable adsorption occurs at hollow site for O atom, and molecular O₂ lying flatly on the surface with one O atom binding with top Cu atom is the most stable adsorption configuration. The O-O stretching vibrational frequencies are significantly red-shifted, and the charges transferred from CuCl to oxygen. Upon O₂ adsorption, the oxygen species adsorbed on CuCl(1 1 1) surface mainly shows the characteristic of the superoxo (O₂⁻), which primarily contributes to improving the catalytic activity of CuCl, meanwhile, a small quantity of O₂ dissociation into atomic O also occur, which need to overcome very large activation barrier. Our results can provide some microscopic information for the catalytic mechanism of DMC synthesis over CuCl catalyst from oxidative carbonylation of methanol.     

溶剂化效应对阴离子型天冬氨酸在HA (110)表面吸附行为影响的密度泛函理论研究

本工作用密度泛函理论研究了溶剂化效应对阴离子型天冬氨酸(Aspartic acid, ASP)在羟基磷灰石(110)表面[HA (110)]表面的吸附影响.通过分析相互作用能,态密度,布居电荷,差分电荷密度发现阴离子型天冬氨酸在真空条件下(Vacuum)与HA (110)表面主要形成"monodenate" Ca-O和"bridge bidenate" O-Ca-O相互作用,在隐形溶剂水分子(COSMO Water, CW)中也存在上述两种相互作用;在水环境条件下(Water Environment, WE),主要在天冬氨酸的羧基,水分子和HA表面的PO_4之间形成"water-bridge"氢键;在水层条件下(Water Layer, WL),主要形成"bridge bidenate" O-Ca-O相互作用,"water-bridge"氢键以及天冬氨酸中氨基与水分子形成的氢键.而且,研究发现ASP-HA (110)-Vacuum模型中吸附能最大,其次是ASP-HA (110)-WL模型,然后是ASP-HA (110)-CW模型,吸附能最小的模型是ASP-HA (110)-WE.研究结果表明在隐形溶剂水分子条件下, ASP在HA (110)表面吸附相对于真空条件下有所减小.当ASP中羧基在被水分子包围的水环境条件下,由于水分子阻碍了Ca-O静电相互作用,所以吸附达到最低.在水层条件下, HA (110)表面有一层水分子,但是未完全阻挡ASP中羧基时,羧基仍然可以与HA (110)表面的Ca原子形成Ca-O相互作用,此时吸附相对于水环境大大增大,但对于真空条件仍然有所减小.研究结果有望为氨基酸在不同溶剂中的应用提供有价值的理论指导.