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)     

Au(111)表面甲基联二苯丙硫醇盐单层膜的原子结构

利用第一性原理研究了甲基联二苯丙硫醇盐(BP3S)单体、虚拟Au表面BP3S的分子链和单层膜及BP3S/Au(111)吸附系统的原子结构.计算表明BP3S单体呈对称结构,两苯环夹角为35°±10°.首先BP3S单体在虚拟Au(111)表面自组装成稳定的单一分子链.然后在虚拟Au(111)表面,分子链错位排列自组装成两种稳定的单层膜.在虚拟Au(111)-(3~(1/2)×7~(1/2))和Au(111)-(3~(1/2)×13~(1/2))表面,分子链与虚拟表面夹角分别为60°和30°.最后把两种稳定的单层膜吸附在Au(111)表面的四个吸附位,计算表明只有桥位和顶位稳定,且桥位的吸附能比顶位的吸附能低.比较吸附前后BP3S单层膜的结构变化,可知其变化不大,这说明吸附系统的结构参数主要取决于单层膜内的相互作用,衬底对其的影响不大.     

Ru(0001) 表面BaO吸附层的原子结构和氮分子的吸附性质

采用密度泛函理论研究了Ru(0001) /BaO表面的原子层结构和氮分子的吸附性质. 研究结果表明, 在低覆盖度下氧化钡倾向于以相同的构型形成Ru(0001) 表面原子层. 在此构型中, 氧原子位于表面p(1× 1) 结构的hcp谷位, 而钡原子则位于同一p(1× 1) 结构的顶位附近. 钌氧键键长等于0.209 nm, 比EXAFS的实验值大0.018 nm. 在Ru(0001) /BaO表面氮分子倾向吸附于钡原子附近. 相应位置的氮分子吸附能位于0.70到0.87 eV之间, 大于氧原子附近的氮分子吸附能. 钡原子附近的钌原子对氮分子具有更强的活化性能. 相应位置的氮分子拉伸振动频率等于1946 cm^{- 1}, 比氧原子附近的最大分子振动频率小约130 cm^-1. Ru(0001) /BaO表面氮分子键强度介于清洁Ru(0001) 和Ru(0001) /Ba表面之间. Ru(0001)/BaO表面不同位置的氮分子吸附性质差异是由钡和氧原子化学性质不同造成的. 表面钡原子的作用能够减少吸附氮分子的σ^*轨道电子密度, 增加π^*轨道电子密度, 从而增强氮分子和钌原子间的轨道杂化作用, 弱化氮分子键.     

用低能电子衍射研究Si(111)7×7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Si(111)7×7表面的不等边三角形聚合与添加原子模型。发现:第一层空间距d_k=0.95±0.02?(膨胀21.3%±0.02?),第二层空间距d_l=0.83±0.02?(膨胀5.9%±0.02?),第三层空间距d_l=0.69±0.05?(收缩10.9%±0.08?)和第四层空间距d_b=2.38±0.08?(膨胀3.8%±0.08?)。     

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°。     

CO在Pd掺杂Rh(111)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对CO在Rh(111)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Rh-Pd(111)表面Rh-top、Pd-top、Rh Rh-bridge、Rh Pd-bridge、Pd Pd-bridge、Rh2Pdhcp、Rh Pd2-hcp、Rh2Pd-fcc、Rh Pd2-fcc九个吸附位的13种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了CO较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:CO在Rh(111)和Rh-Pd(111)表面的最稳定吸附位分别为Rh-hcp和Rh-top位,其吸附能的大小顺序为Ph(111)Rh-Pt(111);CO与金属表面成键,属于化学吸附.     

钴原子及其团簇在Rh(111)和Pd(111)表面的扫描隧道显微学研究

利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱(STM/STS)及单原子操纵,系统研究了单个钴原子(Co) 及其团簇在Rh (111)和Pd (111)两种表面的吸附和自旋电子输运性质. 发现单个Co原子在Rh (111)上有两种不同的稳定吸附位,分别对应于hcp和fcc空位, 他们的高度明显不同,在针尖的操纵下单个Co原子可以在两种吸附位之间相互转化. 在这两种吸附位的单个Co原子的STS谱的费米面附近都存在很显著的峰形结构, 经分析认为Rh (111)表面单个Co原子处于混价区,因此这一峰结构是d轨道共振 和近藤共振共同作用的结果.对于Rh (111)表面上的Co原子二聚体和三聚体, 其费米面附近没有观测到显著的峰,这可能是由于原子间磁交换相互作用 和原子间轨道杂化引起的体系态密度改变所共同导致.与Rh (111)表面不同, 在Pd (111)表面吸附的单个Co原子则表现出均一的高度.并且对于Pd (111)表面所有 单个Co原子及其二聚体和三聚体,在其STS谱的费米面附近均未探测到显著的电子结构, 表明Co原子吸附于Pd (111)表面具有与Rh (111)表面上不同的原子-衬底相互作用与自旋电子输运性质.     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态(英文)

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面.在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能.比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76eV,是最稳定的吸附位置.详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性.在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键.由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化.我们发现:Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距.与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化.     

Rh在CeO_2(111)表面吸附的第一性原理研究

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,用第一原理计算方法,计算并分析了Rh在CeO_2(111)表面吸附所形成的Rh/CeO_2(111)界面体系的吸附能,价键结构和局域电子结构.考虑了Rh在不同吸附位置的吸附情况.结果表明:1)Rh在CeO_2(111)面有较大的吸附能,表明Rh与CeO_2(111)面有较强的相互作用,而且Rh在位于表面O的三度位,且位于次层氧的顶位的吸附最强;2)Rh的4d态同衬底O的2p态有明显的杂化作用,这是Rh同CeO_2较强作用的主要原因;3)Rh被CeO_2(主要是Rh的次近邻的Ce)氧化为Rh~(3+),并伴随着Ce~(4+)→Ce~(3+)反应的发生.     

采用(meta)-GGA泛函对Ag(111)、Rh(111)和Ir(111)上乙烯吸附的理论研究

本文针对在多种催化反应的重要中间体乙烯,使用(meta)-GGA等级的包含PBE,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10在内的多种交换关联泛函,系统研究了在过渡金属表面(Ag,Rh和Ir)上乙烯吸附势能面对泛函的依赖关系. 研究发现,对于乙烯在贵金属Ag(111)上的吸附,除了PBE外,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10均能预测出物理吸附态的存在. 对于乙烯在Rh(111)面的吸附,SCAN和SCAN+rVV10预测在化学吸附位之前存在有物理吸附前驱态,而基于PBE和BEEF-vdW的势能面并没有发现前驱态的存在. 而对于乙烯在Ir(111)上的吸附,BEEF-vdW也能微弱地预测出化学吸附前驱态的存在. 研究结果表明,无论在哪一种金属表面上,四种泛函中SCAN+rVV10给出的吸附能最强,其次是SCAN,最后是PBE或者BEEF-vdW.     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面。在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能。比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76 eV,是最稳定的吸附位置。详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性。在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键。由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化。我们发现：Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距。与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化。     

氯离子吸附单层对Au(111)电极表面应力的贡献

以Cl-为例 ,应用格子气模型 ,建立了阴离子吸附层对Au(111)表面应力贡献的统计热力学理论 ,计算了吸附层Cl-离子间相互作用能、表面应力贡献和二维体积弹性模量 .计算结果表明 ,Cl-吸附层对表面应力贡献的大小 ,与实验值相近 ;在Cl-低覆盖度时 ,经验包括ClO4 -贡献 ,计算了表面应力变化 电荷密度曲线 ,近似呈线性关系 ;对于Cl-/Au(111)体系 ,表面应力与表面张力之差与表面应力同量级 ,两者差别不可忽略 .较好地解释了有关的实验事实 .     

采用(meta)-GGA泛函对Ag(111)、Rh(111)和Ir(111)上乙烯吸附的理论研究（英文）

本文针对在多种催化反应的重要中间体乙烯,使用(meta)-GGA等级的包含PBE,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10在内的多种交换关联泛函,系统研究了在过渡金属表面(Ag,Rh和Ir)上乙烯吸附势能面对泛函的依赖关系.研究发现,对于乙烯在贵金属Ag(111)上的吸附,除了PBE外,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10均能预测出物理吸附态的存在.对于乙烯在Rh(111)面的吸附,SCAN和SCAN+rVV10预测在化学吸附位之前存在有物理吸附前驱态,而基于PBE和BEEF-vdW的势能面并没有发现前驱态的存在.而对于乙烯在Ir(111)上的吸附,BEEF-vdW也能微弱地预测出化学吸附前驱态的存在.研究结果表明,无论在哪一种金属表面上,四种泛函中SCAN+rVV10给出的吸附能最强,其次是SCAN,最后是PBE或者BEEF-vdW.     

Au(111)表面单个钴酞菁分子的去氢过程

利用低温超高真空扫描隧道显微镜对单个钴酞菁分子实现了选键化学反应.通过对吸附于Au(111)表面的单个钴酞菁分子外围H原子的"剪裁",并用实验图像和谱学方法,结合第一性原理理论计算研究了逐步去除钴酞菁分子8个外围H原子的过程.理论计算结果再现了实验中所观测到的分子空间构型的变化,并阐明了吸附体系中局域自旋的恢复和变化过程.     

CdTe(111)表面电子结构

利用Muffin-Tin轨道线性组合法(LMTO),采用Slab模型,计算了CdTe(111)表面的电子结构,给出总体、局域及分波态密度,该结果与同步辐射光电子谱实验结果符合. 关键词：     

NO在Ir(111)表面吸附与解离的第一性原理研究

本文系统研究了NO在Ir(111)表面的吸附,解离,以及可能的N_2生成机理.结果表明,顶位吸附的NO,其解离能垒较高(3.17 eV),不会发生解离,而三重Hcp和Fcc空位吸附的NO发生解离,能垒分别为1.23和1.28 eV.N_2是唯一的生成物,不会有副产物N_2O的产生.其最可能的反应路径为N和NO经过N_2O中间体而生成N_2,而不是直接N提取和N-N聚合产生N_2的机理.     

NO(ν = 1) scattering from Ag(111)

Application of laser excitation and detection techniques has allowed us to perform state-specific studies of the scattering of a molecular beam of vibrationally excited NO molecules from a Ag(111) surface. State-specific angular and velocity distributions have been obtained which indicate a direct-inelastic type of scattering mechanism. This information is combined with rotational and electronic (spin-orbit) distributions to determine the probability for survival of vibrational excitation, SP = 0.9.     

Si(113)表面原子结构的低能电子衍射研究

利用低能电子衍射(LEED)研究了离子轰击加退火处理的和淀积外延的两种Si(113)表面的原子结构。发现对于经750—800℃退火后的两种Si(113)表面,当其温度高于600℃时存在1×1非再构表面相。随着样品温度缓慢地冷却至室温,Si(113)-1×1表面经过3×1(约600—400℃)最后转变为3×2再构。当退火温度为600℃时,则只出现3×1再构,室温下的3×2和3×1表面都是很稳定的。讨论了表面杂质对Si(113)表面原子结构的影响。在衬底温度为580℃的Si(113)表面上进行淀积生长,当外延 关键词：     

CdTe(111)表面的稳定性研究

利用Muffin-Tin轨道线性组合法(LMTO),采用Slab模型,不仅计算了CdTe(111)表面两类模型四种表面的电子结构,给出了总态密度,包括表面态在内的局域及分波态密度,而且与同步辐射实验结果比较分析了这些模型表面结构的稳定性;阐明了清洁理想CdTe(111)表面存在时,表层原子可能存在状态,该结果与Wu等的实验结果符合。 关键词：     

过渡族金属掺杂Al(111)表面对氢分子催化分解的影响

为了探求过渡金属催化剂对催化合成储氢材料NaAlH₄效果的影响, 本文采用第一性原理方法研究了多种金属原子取代Al (111)表面铝原子形成的合金表面对氢的催化分解的影响. 计算结果表明, Sc, V, Fe, Ti原子掺杂的表面对氢分子分解具有催化作用. H₂在对应的掺杂表面催化分解所需要的活化能分别为0.54 eV, 0.29 eV, 0.51 eV, 0.12 eV. H原子在Sc, V, Ti掺杂表面扩散需要的活化能分别为0.51 eV, 0.66 eV, 0.57 eV. 同时, 过渡金属掺杂在Al表面时倾向于分散分布, 增加掺杂表面的掺杂原子个数, 掺杂表面的催化效果体现为单个掺杂过渡金属原子的催化效果. 本研究将为金属掺杂Al (111)表面催化加氢合成NaAlH₄提供理论参考.