基于第一性原理的氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀特性分析

为了阐明氯盐环境对混凝土中钢筋锈蚀反应的影响机理,采用基于密度泛函理论(DFT)中的第一性原理,运用CASTEP软件包建立了O2分子与Cl原子在Fe(100)表面的吸附模型,研究了Cl原子的存在对O2分子吸附于Fe(100)表面的吸附能、几何结构和表面电子特性的影响.结果表明,Cl原子的存在会增大O2分子与Fe(100)表面之间的吸附能和O2分子键长,减小O原子之间共价键,从而促使O2分子向基底表面靠近,并使得铁基底更容易失去电子,同时增大了Fe原子层向O原子的电子转移量.因此,Cl原子的存在会导致O2分子与基底Fe原子的相互作用增强,从而促进了O2分子的裂解以及基底表面原子间的成键,进而从微观尺度上证明了氯盐环境会显著促进混凝土中钢筋锈蚀氧化反应.     

高炉内氯元素对焦炭高温冶金性能的影响

为探索不同形式氯元素对焦炭高温冶金性能的影响规律,在对高炉内含氯化合物进行反应热力学分析的基础上,通过实验研究HCl气体、CaCl_2溶液和HCl溶液等3种不同含氯化合物对焦炭反应性(CRI)和反应后强度(CSR)的影响。结果表明,由原燃料带入高炉的氯元素多和其它物质反应生成HCl气体,当煤气中HCl气体体积分数在0~1.8%范围内增加时,焦炭的反应性先升高再降低,反应后强度先降低再升高;煤气中HCl气体体积分数为0.6%时,焦炭的高温冶金性能劣化最严重;HCl溶液和CaCl_2溶液的质量分数分别在0~8%范围内增加时,焦炭的反应性均逐渐提高,反应后强度均逐渐降低。因此,高炉内不同形式的氯元素对焦炭高温冶金性能均有劣化作用。建议高炉生产现场建立氯元素的检测制度,控制入炉的氯元素含量,以减少对焦炭高温冶金性能的影响。     

气体分子(N_2,Cl_2)在石墨表面吸附的EHT研究

基于集团模型电荷自洽的EHT(Extended Hückle Thory)方法在理论上对双原子气体分子(N2,Cl2)在石墨表面的吸附进行了计算分析。讨论了双原子气体分子的吸附位置、分子键的取向、公度和非公度问题,并和实验结果进行了比较。     

N_2O和CO_2在N+Fe/TiO_2(101)面吸附的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,研究了N2O和CO2气体在N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面最稳定结构的吸附,并与其在洁净TiO2(101)面的结果进行了对比.详细比较了三原子气体不同吸附位、不同吸附端在Fe位及N位吸附的吸附能、键长和键角的变化.结果表明:N2O在Fe位吸附较清洁表面强,为化学吸附;CO2在改性表面的吸附较清洁表面弱.     

H和B原子在有序态Ni3Fe表面的吸附

采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理方法,对H和B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附进行研究.结果表明,B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附能远低于H原子,从而更容易被有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附,形成稳定结构.这导致H原子在有序态Ni3Fe合金表面的吸附机会大大减少,降低了有序态Ni3Fe合金在氢气中的环境氢脆.进一步的电子结构分析表明,H原子的表面吸附能高于B原子是由于H原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附时,H原子的反键态被推到了费米面以上所引起的.     

活性炭纤维吸附甲苯的影响因素

采用动态吸附实验装置,研究了温度、浓度、流速对固定床吸附器中粘胶基活性炭纤维吸附甲苯废气的饱和吸附量的影响.结果表明:甲苯气体流量增加时,饱和吸附量也增加;随浓度的增加,吸附量呈先上升后下降的趋势;当吸附温度升高时,吸附量呈现下降趋势.     

苯在Ru-Zn/Ru（0001）合金表面上的吸附——密度泛函研究

为了理解苯在Ru-Zn合金催化剂上的部分加氢催化机理,采用密度泛函方法对苯在Ru-Zn/Ru（0001）面上的吸附进行理论研究。计算结果表明,当苯的碳原子或者共轭双键直接位于表面Zn原子的atop位时,其吸附热较Ru（0001）面上的类似吸附状态下降约60%.Zn原子与苯环C原子之间的排斥作用导致苯环的成键轨道与表面Ru原子的价层轨道之间的空间对称性下降,从而不利于苯与合金表面的键合。当吸附位离开Zn原子时,邻近Zn原子对于苯的吸附基本没有影响。     

CO吸附在Pd/Pt(111)双金属表面的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了CO在Pd/Pt(111)双金属表面的吸附性质.分别考虑了Pd原子全部取代表层Pt原子以及部分取代表层和次表层Pt原子的情况,分析了CO吸附在双金属不同表面的吸附能、C-O和C-Pt键长及振动频率.结果表明无论是在表层或者次表层加入Pd原子,相比CO吸附在干净Pt(111)表面情况,CO在双金属表面的吸附能几乎没有变化,而键长、频率也未见明显改变.这些吸附特性说明Pt催化剂的抗CO中毒性质主要依赖于最外层的Pt原子,临近的Pd原子可能会对其产生影响,但是未见明显变化.     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

Finemet合金核外电子相互作用的多普勒展宽谱

采用双高纯锗探头符合的正电子湮没辐射多普勒展宽谱测量了Finemet合金各组元的商谱以及在350,380,400 ℃下退火(10 min)的Finemet非晶薄带的商谱,对Finemet合金热处理过程中元素核外电子间的相互作用进行了研究.结果表明,Finemet合金淬火态商谱的谱峰比纯金属元素Fe,Cu,Nb的谱峰要低,Fe和Nb之间存在着3d-4d轨道键合作用.随着退火温度的升高,Fe原子的3d电子与Nb原子的4d电子之间的轨道键合作用增强,商谱谱峰降低,Cu原子易在表面富集,而Nb原子则在非晶薄带中富Fe区域里重新分布.     

溶氧水在Fe（001）表面吸附的第一性原理研究

为了研究溶解氧含量对Fe基换热表面腐蚀行为的影响机理,根据第一性原理,对O2单分子、H2O单分子和溶氧水体系在Fe基换热表面的吸附进行了研究,采用GGA/PBE,近似计算吸附过程中的吸附能量、态密度及布居数变化。计算结果表明:含氧水溶液中溶液与Fe基表面存在表面吸附,水分子趋向于顶位吸附,氧分子趋向于Griffiths吸附;H2O分子在Fe(001)表面吸附而相互作用时,引起了界面双电层电荷分布的变化,使Fe原子失去电子带正电,导致表面电位发生变化;O2分子在Fe(001)晶面吸附时,促使Fe(001)表面原子失去电子,表面电位增加,O2分子与表面Fe原子易于发生电子转移,其中O原子的2p轨道对于O2分子在Fe(001)晶面的吸附起主要作用;随着溶氧水体系中O2分子所占比例的增大,吸附能的绝对值也随之增加,Fe基换热表面相互作用更强。研究探明了不同溶氧量对Fe基换热表面腐蚀的影响规律,为实验研究金属基体腐蚀机理提供了理论参考。     

氯在Cu(100)面上的吸附及其对氧共吸附的影响的电子能谱研究

利用UPS、XPS、AES、△φ和热脱附等方法,研究了室温、低分压下氯在Cu(100)面上的吸附行为以及它对氧共吸附的影响。氯解离化学吸附在铜表面上,其吸附过程包括初始快速吸附,然后缓慢增加至饱和两个步骤。吸附引起铜表面轻微氧化,但表面没有重排,即使升温氯原子也没有进一步向下扩散,热脱附的唯一产物是氯原子。室温下,氯的预吸附降低甚至完全阻止了氧的接续吸附;而预吸附氧至饱和也不会阻碍氯的接续吸附,氯的接续吸附促使氧原子进入体相和铜原子向表层扩散。     

氯原子吸附对氧化铟锡001表面功函数的调制

采用第一性原理计算研究了氯原子吸附对氧化铟锡半导体表面功函数的调制作用,结果表明经过氯原子吸附后的氧化铟锡表面功函数随着氯原子覆盖度的增大而线性地增大。氯原子吸附导致氧化铟锡表面形成电偶极层,这一电偶极层提升了其表面真空势能从而导致功函数的提高。     

GaN（0001）表面吸附TiO2的DFT研究

建立了GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于DFT动力学赝势方法,对TiO2分子的吸附进行了理论计算.研究了TiO2分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、成键方位及表面化学键特性.计算结果表明吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,化学结合能达到7.184～7.423 eV.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,O—O连线与GaN[11-20]方向平行,与实验观测(100)[001]TiO2//(0001)[11-20]GaN一致.     

Equilibrium geometric structure and electronic properties of Cl and H2O 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 Cl in the Fe (100)/(H₂O+Cl) adsorption system. The analysis of equilibrium geometric structure and surface electronic properties shows that the presence of Cl in the Fe (100)/(H₂O+Cl) adsorption system unstablizes the Fe surface, making it easy to lose electrons. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50675112, 50721004) and Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education (Grant No. 20070003103)     

多氯苊化合物分子结构和热力学性质的理论研究

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-311G**水平上对35个多氯苊化合物的分子几何结构进行了全优化计算,并获得它们在理想气体状态的一些热力学性质参数,研究了这些性质与氯原子数目和位置的关系,根据多氯苊化合物的相对标准生成Gibbs自由能的大小,得到它们的热力学稳定性顺序.结果表明:所有多氯苊分子中除4个氢原子以外的其他原子都在同一平面上.多氯苊最稳定异构体的ΔfHθ及ΔfGθ随Cl原子数目增加而发生的变化与最不稳定异构体不同.具有相同数目氯原子的多氯苊异构体的ΔfHθ和ΔfGθ与氯原子的取代位置有很大的关系,其相对热力学稳定性主要由分子内的处在不同六元环上的邻近Cl…Cl核排斥作用决定.     

磁性膨润土净水剂制备及其应用

针对粉末状膨润土在水处理应用中存在固液难以分离的问题，进行了磁性膨润土新型吸附剂开发的研究．通过膨润土提纯、在二价和三价铁离子混合溶液中用氨水调节负载铁的氧化物及真空干燥等步骤，制备了一系列不同磁化率的磁性膨润土产品．对产品进行X衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及磁化率表征分析可知，膨润土表面负载的是四氧化三铁，其磁化率的大小随所负载铁含量的增加而增大．对水中微量氯乙酸和铅离子的吸附考察得知，磁性膨润土产品的吸附性能与原粉末状膨润土相当，但是对铅离子的吸附性能要比活性炭高得多．本文制得的磁性膨润土产品可以用磁分离技术非常容易地从溶液中分离出来，而且制备工艺简单，反应条件温和，在实际生产中具有广阔的应用前景．     

工艺条件对稀土Ce掺杂化学沉积Fe-P合金的影响

研究了工艺条件对稀土 CeCl3·7H2O 掺杂化学镀FeFe-P合金沉积过程和镀层性能的影响.结果表明:施镀温度对镀层沉积速率和耐蚀性影响均较明显,温度升高提供了较大的化学反应能量,从而提高了镀层沉积速率.络合剂NH4Cl的加入可明显改善镀层品质,使晶粒变小.能谱分析表明,NH4Cl的加入有利于镀层中Fe的沉积,抑制了P的沉积.     

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 ...     

低温环境下煤表面吸附的均匀性试验

 等量吸附热是表征固体表面吸附非均匀性的重要参数.采用高低温吸附仿真实验装置,对九里山无烟煤、新元贫煤、潘北气肥煤进行瓦斯吸附测试,通过计算等量吸附热与吸附量的关系,探讨从常温(30、20℃)降至低温(-10、-20、-30℃)对煤表面不均匀性的影响.结果表明,不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;在常温时(30、20℃)煤的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明煤表面能量是不均匀的.降温至-10、-20、-30℃时煤的等量吸附热几乎和吸附量无关,表明煤表面是均匀的.煤吸附瓦斯理论Langmuir 方程在低温环境(0℃以下)更加适用.