第一性原理计算锐钛矿（101）面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（101）表面的电子结构．首先对锐钛矿完整（101）表面模型进行结构优化,在此基础上计算了电子结构,得到了能带结构和态密度等数据．结果分析表明表面的电子结构与体相基本相同,在完整表面上没有出现表面态,驰豫后完整的锐钛矿（101）表面是稳定的,表面价带主要由O2p组成,导带主要由Ti3d组成,表面导带态密度变窄导致表面能隙比体相能隙略增大．通过表面原子局域态密度和Mulliken净电荷的分析,推测O2c、O3c、Ti5c可能是活性位置．     

预置氢对Ti(0001)表面氮原子吸附影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了氮原子在Ti(0001)表面及次表面的吸附性质随覆盖率的变化规律,以及预吸附氢对表面氮原子吸附的影响。吸附能和表面电子结构的分析结果表明,N原子在Ti(0001)表面最稳定吸附位是hcp位,其次是fcc位;在次表面最稳定吸附位是oct位,其次是tetra位;N原子与基体Ti原子的成键及吸附能与覆盖度之间存在强烈的依赖关系,随着覆盖度的增加,键强增加,吸附能降低。在Ti(0001)次表面的oct位预置1个氢原子,次表面的H1s轨道与N2p及Ti3d轨道产生杂化,导致表面电子结构及吸附能发生变化,与未预置氢表面相比,吸附能增加,表面扩散能垒降低。     

CO在（N，Fe）共掺杂锐钛矿TiO2（100）表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法PBE＋U,研究了三类（N,Fe）共掺杂锐钛矿相TiO2（100）表面的稳定性及CO在最优掺杂表面的吸附,计算了最优表面不同掺杂位的结合能、吸附能、成键和电子结构．结果表明：CO在清洁TiO2（100）面及（N,Fe）非近邻掺杂表面的吸附较弱,（N,Fe）近邻共掺杂表面的吸附较强．通过吸附能的比较可知,N位吸附的吸附能最低,吸附最稳定,Fe位次之．由态密度可以看出,吸附方式的变化主要源于（N,Fe）表面近邻共掺杂改变了TiO2（100）面电子结构,使吸附位原子与C原子形成新的化学键．     

Ni－LaO_x／r－Al_2O_3催化剂中助剂及载体电子效应的研究

本文用ＤＶ－Ｘ＿α量子化学方法计算了甲烷化催化剂Ｎｉ一ＬａＯ＿ｘ／ｒ－Ａｌ＿２Ｏ＿３中载体及助剂与镍相互作用模型的电子结构，由计算结果发现，缺氧型稀土氧化物（ＬａＯ＿ｘ）是一个好的电子给予体，镍与载体ｒ－Ａｌ＿２Ｏ＿３作用后，电子由镍向载体转移，表面镍处于缺电子状态，稀土氧化物助剂与镍相互作用后，电子向镍转移．由此推断在Ｎｉ／ｒ－Ａｌ＿２Ｏ＿３催化剂中添加稀土氧化物助剂，将使表面镍的缺电子状态得以缓解，表面镍富集电子，从而有利于对吸附的ＣＯ分子的激活．     

Ir（110）表面原子结构、氧原子吸附和STM图像的第一性原理研究

用密度泛函理论（DFT）的总能计算研究了金属Ir（110）表面结构以及氧原子的吸附状态.计算得到Ir（110）-（1×1）的外层表面间的弛豫分别是-13.3%（△d12/d0）和＋6.1%（△d23/d0）,表面能σ=175meV-2,功函数Φ=5.22eV;相应的Ir（110）-（1×2）缺列再构表面的△d12/d0=-9.7%,△d23/d0=-2.4%,表面能为169meV/2,Φ=5.33eV.研究Ir（110）-（1×1）和（1×2）再构表面氧吸附,发现各吸附位置的吸附能值均为正值,表明吸附为放热反应,且氧原子最有可能吸附在短桥位（shortbridgesite,SB）.同时我们还模拟计算Ir（110）-（1×2））缺列再构表面和氧吸附再构表面的扫描隧道显微镜（STM）图像并记录STM针尖的起伏变化,结果显示表面吸附氧的位置远高于{001}方向的铱原子列,但是在STM形貌图上氧原子基本上没有凸起.     

CO、N_2O和NH_3在(Cu,N)/TiO_2(001)表面吸附的第一性原理研究

基于(Cu,N)共掺杂Ti O2(001)表面最稳定结构,采用第一性原理计算了有毒气体CO、NO和NH3在上述表面不同原子位的吸附,通过吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构;通过对吸附后原子态密度的计算,分析了气体的最佳化学吸附的物理机制。最后,文章还将计算结果与其在其它表面状态下的前人结果进行了对比。     

Ca(100)表面芯态本征能位移的理论研究

用基于局域密度泛函近似的全电子线性缀加平面波（LAPW）薄膜方法计算了由7层面心立方Ca(100)原子面构成的系统的电子结构,给出了各类原子的Muffin-Tin(MT)球内不同轨道的价电子数、层投影价带态密度及3d、4s和4p带的重心位置。计算结果表明,表面原子的芯态本征能要比中心层原子的低0.56eV左右,可认为是表面层类s、类p电子外泄和表面原子3d带因配位数减少而窄化的共同结果。     

Ag在Si(100)表面化学吸附特性研究

本文应用自洽TB-LMTO方法研究银原子在理想Si（100）表面的化学吸附,计算不同位置的吸附能量（Ead）,发现相比Si（100）表面其他吸附位置而言被吸附的银原子更趋附于C位置（四重位）,在Ag原子和表面Si原子之间形成极性共价健,在Ag-Si（100）界面不存在Ag和Si的混合层而是形成突变界面,这与实验结果是一致,计算了层投影态密度并与清洁表面比较,对电子转移情况也进行了研究.相对Au/Si（100）而言,Ag和Si相互作用比Au和Si相互作用要弱.     

Ag在Si表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算优化了Ag原子在硅惯习面Si(111)和Si（220）晶面的最佳吸附位置,并计算了Ag/Si(111)和Ag/Si(220)体系的表面吸附能和表面态电子结构．研究表明:Si基表面Ag原子的最稳定吸附居于Si(220)晶面的穴位,此时的吸附能最低,其值为5.2569eV,属于强化学吸附;同时由于在Ag/Si(220)体系中,Ag-4d轨道和表面态Si-3s、3p轨道电子的强相互作用,以及Ag-4p轨道的电子云强偏向于Si-3s、3p轨道使得体系的能隙宽度变窄,导电性急剧增大．     

钛原子位置对立方CaTiO3电子结构的影响

基于广义剃度近似（GGA）的从头算平面波超软赝势方法,计算了CaTiO3晶体的晶格常数、总能量以及结合能,得到了与实验相一致的结果。分析了Ti原子Z坐标位置对CaTiO3能带结构、态密度（DOS）等的影响。Ti原子位置强烈地影响CaTiO3的电子结构。随着Z坐标的增大,Ti的部分3d电子能量降低,O的部分2p电子能量升高,使价带与导带重叠,禁带消失。     

NO在Rh(100)与(111)表面上吸附理论研究

基于slab模型,采用密度泛函理论研究了NO在Rh(100)和(111)表面上吸附的几何与电子结构.结果表明,在开放的(100)面和密堆积的(111)面上,优势吸附位分别是桥位和hcp位.在两表面上的优势吸附结构中,NO的吸附主要是其1π和5σ轨道分别与Rh的5s和4d态混合的结果.NO分子吸附后,均存在两种相同的电荷迁移过程:即NO的1π和5σ电子向金属表面的转移以及金属表面电子向NO的2π轨道上的反馈.这两种电子迁移均使得N-O键被活化,N-O键被消弱,N-O键长增加.     

Cu(111)面上原子扩散势垒的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)结合平板周期模型方法,对Cu在Cu(111)表面fcc洞位、hcp洞位的吸附模型进行了几何优化,并用从fcc洞位到hcp洞位过渡态计算的方法,研究了Cu在Cu(111)表面的扩散势垒.通过对不同基底层数、不同表面弛豫层数、不同覆盖率的比较,得到基底层数为4层、表面弛豫1层、覆盖率为1/4ML(monolayer)时,Cu在Cu(111)表面的扩散势垒和实验结果吻合得较好.在此基础上,计算了Fe、Ni、Co等磁性原子在Cu(111)表面的扩散势垒.     

氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。     

正己烷在CaCO3(100)面吸附的第一性原理研究

致密油在储层多孔介质中的吸附研究多以定量的实验研究为主,定性的机理研究较少。以正己烷为对象,从原子分子层面定性研究其在碳酸钙表面的吸附能力,为解释致密油在储层岩石基质上的吸附性提供了有力依据。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了C_6H_(14)分子在CaCO_3(100)面的吸附能,对比分析了吸附前后的物理结构和电子态密度。结果表明:C_6H_(14)分子在B11位吸附最稳定,吸附能为-0.782 4 eV,吸附后键长键角变化率均小于1%,是一种弱化学吸附。不同吸附位的能量差值很小,仅为0.017 8 e V,C_6H_(14)分子容易在CaCO_3表面发生稳定流动。吸附后,C_6H_(14)分子的电子态密度向低能量区域整体偏移约3.1 e V,而CaCO_3(100)面的电子态密度曲线基本重合,吸附作用对C_6H_(14)分子的电子结构影响显著,对CaCO_3(100)面电子结构影响甚微。     

Equilibrium geometric structure and electronic properties of Cl and H_2O co-adsorption on Fe(100) surface

Based on the first principles density functional theory,the equilibrium geometric structure and surface electronic properties of Cl and H2O co-adsorption on the Fe(100) surface are investigated.The results indicate that the optimal adsorption site for Cl and H2O co-adsorption on the Fe(100) surface is the location of Cl at the bridge site and H2O at the top site.Compared with the Fe(100)/H2O adsorption system,remarkable changes in geometric structure and electronic properties occur,owing to the presence of ...     

Pt/TiO2-xNx光催化剂的制备及其产氢活性研究

以四氯化钛(TiCl4)为原料,用溶胶凝胶法制备了纳米氮杂二氧化钛光催化剂(TiO2 xNx),并利用化学还原法在纳米TiO2 xNx 的表面负载了铂单质(Pt/TiO2 xNx).X射线衍射(XRD)结果表明,Pt/TiO2 xNx光催化剂为锐钛矿型结构,由紫外可见漫反射光谱显示催化剂的能隙与纯TiO2 不同,而与TiO2 xNx 相一致.产氢实验结果表明,Pt的负载可以明显提高光催化剂的产氢活性,并且催化剂的产氢活性与Pt的质量分数之间呈现双峰现象,当Pt的质量分数为0 05%和0 35%时,产氢活性分别达到极大值.研究结果表明,当Pt的质量分数为0 05%时,表面Pt粒子的大小约为10 nm且分布均匀,显示该尺度的Pt粒子对于催化剂的产氢活性有较大的促进作用.     

N,F和S掺杂对TiO_2电子结构与光学性质的影响

基于第一性原理的计算方法研究了掺杂N,F,S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构及光学性质。计算结果表明掺杂后晶格发生了变化,同时导带位置下移导致了TiO2的禁带宽度变小。S掺杂使TiO2在紫外光区和可见光区有更强的光吸收特性。