Cu吸附ZnO(10(1)0)非极性表面的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算并分析了Cu在ZnO(10(1)0)表面的吸附.通过分析比较不同吸附位的吸附能,最稳定位的差分电荷密度和态密度,发现:1)Ot位的吸附最稳定,ZnBri位置处是亚稳态吸附;亚稳态的ZnBri位吸附极易受到微扰发生键断裂,使得该处吸附的Cu移到Ot或OBri位.与Olga Dulub的STM实验发现吻合很好.2)差分电荷密度图显示出Cu-O方向有明显的电荷转移,这是Cu与ZnO(10(1)0)面有较强作用的主要原因.3)Cu原子的Ot位吸附改变了ZnO(10(1)0)面的成键平衡,使得呈电中性的ZnO( 10(1)0)面出现活跃的金属态,这应该就是Cu/ZnO吸附体系具有很强催化活性的根本原因.     

应用密度泛函理论研究(MgO)_nCu团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对(MgO)nCu(n=2～8)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明:(MgO)nCu的最低能量结构是在(MgO)n的最低能量结构或者亚稳态结构的基础上吸附一个Cu原子生长而成,且Cu原子的吸附以桥位为主.布局数分析表明Cu原子的吸附对近邻原子的电荷影响比较大,Cu原子得失电子的方向可以改变.Cu原子的吸附增强了(MgO)n的化学活性.二阶能量差分,垂直电离势和分裂能表明(MgO)4Cu是最稳定的团簇.     

Sn调变Cu电子结构改善Cu/CeZrO2抗硫性能

为了提高汽车尾气催化剂的抗硫性能，延长催化剂寿命，采用密度泛函理论的方法研究了Sn掺杂Cu/CeZrO₂(110)催化剂的电子结构和SO₂抗硫性能之间的关系。计算结果表明Cu在CeZrO₂(110)表面上最稳定吸附位点是氧桥位，最稳定吸附能为-3.52 eV,此时结构最稳定。通过分析Cu—d带中心、电荷变化、分波态密度(PDOS)和SO₂的吸附能发现，Sn原子掺杂增强了活性组分Cu的正电性和Cu—O之间的相互作用，抑制了SO₂在Cu活性位点上的吸附，从而提高了催化剂的抗硫中毒能力，显著提高了催化剂的催化性能。研究为高性能汽车尾气催化剂的优化设计提供了理论借鉴。     

C原子在Cu(200)表面吸附的第一原理研究

采用第一原理密度泛函理论研究了C原子在Cu(200)表面吸附后的几何结构和电子结构,计算了C原子在Cu(200)表面的吸附能、Cu(200)表面的局部结构变化、表面电荷分布以及C原子吸附后的差分电荷密度。研究结果表明Cu(200)表面的Hollow位是C原子的最优吸附位,C原子与Cu原子之间形成化学键,在C原子和Cu表面之间存在电荷转移。     

用第一性原理研究乙醇胺在Ni(111）和Cu(111）表面的吸附机理

为了探究乙醇胺催化脱氢法中乙醇胺与催化剂之间的作用机理,依据密度泛函理论(DFT),研究了乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面上各高对称位的吸附机制,优化了乙醇胺在吸附位点Top、Bridge、Hcp和Fcc的吸附结构,并对最稳定吸附构型的吸附能、电荷转移和态密度进行了对比分析。结果表明:乙醇胺以氨基上的氮原子接近Ni(111)和Cu(111)表面Top位时的吸附能最小,分别为-1.31eV和-1.04eV,此时乙醇胺向金属表面的电荷转移量分别为0.08e和0.06e(e为1个电子的电荷量),且吸附后分子内部键长基本不变,说明乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的吸附均属于物理吸附,电子态密度分析的结果与当前结果一致;乙醇胺与金属Ni之间的相互作用更强。这些结果为深入了解乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的反应机理提供了理论基础。     

甲烷在Ni(110)面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA/PW91),结合周期平板模型,研究了甲烷在Ni(110)面不同位置的吸附行为,找到最稳定的吸附方式,并对其稳定结构进行电荷和态密度分析.结果表明:甲烷在Ni(110)面24种吸附方式中,顶位T4的吸附能(4.59kJ/mol)最大,是最稳定的吸附方式,且为物理吸附;从C-H键长和CH4吸附前后的振动频率分析可知,C-H1或C-H4键易断裂;通过Mulliken电荷布居的分析可知,相对于吸附前,吸附后电子从被吸附物Ni的4s、4p轨道以及吸附物中C的2s、2p轨道转移给吸附物中H1或H4的1s轨道;能带结构和态密度分析表明,在-10~-5eV的能带区间出现了新峰,该能带由C的2p轨道、H的1s轨道以及Ni的4s、4p轨道构成,说明CH4在Ni(110)晶面吸附有相互作用.     

C2Hx（x=4～6）在Co（111）表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C2Hx(x=4～6)在Co(111)表面的top、hcp、fcc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:C2H6和C2H5在Co(111)表面的最稳定吸附位都是bridge位,吸附能分别是-89.39和-243.98 kJ.mol-1,而C2H4在Co(111)表面的最稳定吸附位top的吸附能是-128.22 kJ.mol-1;三物种与金属表面作用都较强,且有电荷转移,属于化学吸附.     

CHx(x=2~4)在Co(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CHx(x=2~4)在Co(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：CH4和CH3在Co(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-60.35和-227.61 kJ·mol-1,而CH2在Co(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-440.52 kJ·mol-1;三物种与金属表面作用都较强,且有电荷转移,属于化     

H_2O在Cu(111)表面吸附和解离的第一性原理

为了研究H_2O对锂离子电池负极集流体铜表面的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对H_2O在Cu(111)面的吸附和解离进行了计算。通过Materials Studio软件的Dmol 3模块,计算了相关的几何参数、能垒和态密度等。研究结果表明,H_2O在清洁和预吸附O的Cu(111)表面吸附的最稳定吸附位置都为top位,且H_2O都以分子形态进行吸附。通过态密度分析表明,当H_2O在预吸附O的Cu(111)表面吸附时,O 2p态与Cu 3d态有较强的杂化作用,而在清洁表面则不明显;H_2O在清洁Cu(111)表面解离的能垒为148.54kJ/mol,当在预吸附O原子的Cu(111)表面解离时,能垒明显降低到92.73kJ/mol,表明预吸附O原子能促进H_2O在Cu(111)表面的解离。     

SP~3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:NOC,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3H2OCH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为NOC,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.     

配体保护下Zn_mCd_nSe_(10)(m+n=10)量子点的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论研究了PH_3配体与Zn_mCd_nSe_(10)(m+n=10)三元量子点相互作用形成的吸附产物的结构和性质.Zn_mCd_nSe_(10)量子点中的Zn和Cd金属原子分别与PH_3中的P原子形成Zn–P和Cd–P配位键,其吸附能、最低空轨道(LUMO)和态密度(PDOS)等性质随着掺杂Zn原子的增多而逐渐变化.研究发现随着Zn原子增多使PH_3配体的平均吸附能和最高占据轨道-最低空轨道(HOMO-LUMO)能隙值逐渐增大,表明掺入Zn阻碍了电子从HOMO转移到LUMO,其LUMO轨道主要分布在Zn_mCd_nSe_(10)量子点主体.其转移的电荷变化不大,各个吸附产物的态密度中p轨道占主导.     

Cu掺杂TiO_2(101)和(001)面调制效应的第一性原理研究

文章采用周期性密度泛函理论,研究了Cu掺杂于锐钛矿TiO_2晶体、吸附和掺杂于TiO_2(001)和(101)表面及次表面后晶体结构的变化及形成能,并讨论了能带结构及态密度的变化.通过形成能的比较发现,Cu最佳掺杂位为TiO_2(001)表面空穴位,且掺杂后TiO_2禁带宽度明显减小并出现半金属性.通过态密度分析可以看出最佳掺杂位Cu-O之间发生较强p-d杂化,证明CuO相的出现.上述结果与实验吻合较好,有效揭示Cu掺杂TiO_2的微观机理     

(Cu+N)共掺杂锐钛矿相TiO_2(001)面和(101)面电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了3d过渡元素Cu掺杂及(Cu+N)共掺杂于锐钛矿相TiO_2(001)面和(101)面的电子性质,给出了不同掺杂形式形成能、能带结构、态密度及电荷分布的变化,得出了(Cu+N)共掺杂时最稳定的结构.通过计算Cu表层吸附、表层和次表层替位掺杂以及晶体间隙掺杂的形成能,发现Cu掺杂更易发生在TiO_2(001)面的空穴位,此时N偏向于在水平方向上的O位发生替位掺杂.计算结果表明(Cu+N)共掺杂后Cu-3d与O-2p,N-2p及Ti-3d轨道上的电子发生p-d杂化效应,引发O-2p,N-2p态发生劈裂使得价带范围扩大,Ti-3d态下移且发生劈裂形成新的导带底,并且禁带中产生了新的电子态,禁带宽度减小,同时(Cu+N)施主受主杂质对的出现可以有效防止电子空穴对的复合,提高了TiO_2的光催化活性.     

HCOOH在电极Pd(110)表面电吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合方法,对HCOOH分子在Pd(110)表面bridge,bidentate和unidentate三种形态吸附位进行吸附结构、Mulliken布居和振动频率等性质的计算;计算结果表明HCOOH在金属态表面bidentate为最稳定的吸附位,电极表面unidentate为最稳吸附位;HCOOH在电极表面的吸附远大于金属态表面的吸附能,表明电化学反应比普通化学反应容易进行.电极表面吸附的结构和频率分析显示,吸附过程中O—H、C—H键均伸长,v(O—H)键和v(C—H)振动频率均发生明显红移,表明H原子在吸附过程中容易断裂,脱离HCOOH分子.Mulliken电荷布居分析表明在电吸附过程中电子由HCOOH分子向Pd(110)表面进行转移,有利于电催化反应进行.     

N2和O2在δ-Pu(100)表面吸附行为的理论研究

空气中活性气体在钚材料表面的吸附行为是引起钚材料表面腐蚀的重要原因。采用第一性原理方法对空气中N₂和O₂在δ-Pu (100) 表面的吸附行为进行了研究。对所有稳定吸附构型进行Bader电荷分析以及吸附能与结合能分析的结果表明:N₂的最稳定吸附构型为H-S-N6,O₂的最稳定吸附构型为H-P-O4。对这2种吸附构型进行差分电荷密度分析、态密度(DOS) 分析和晶体哈密顿轨道布居数(COHP) 计算的结果表明:N₂和O₂在δ-Pu (100) 表面的吸附均为强化学吸附,且O₂的吸附远远强于N₂。成键本质均为N原子或O原子的2s和2p轨道与表面Pu原子的6p、6d和5f轨道发生重叠杂化作用。研究结果对于N₂和O₂在δ-Pu (100) 表面共吸附行为的研究奠定了良好基础,对揭示钚材料在空气中的表面腐蚀机制有重要意义。     

缺陷碳纳米管作为Pt的高效载体的理论研究

采用密度泛函理论,分别以原始碳纳米管(carbon nanotube,CNT)、单空位(single-vacancy,SV)缺陷碳纳米管、Stone-Wales(SW)缺陷碳纳米管为载体,对Pt原子在这几种载体内外表面的吸附行为进行了理论研究.通过计算吸附能、电荷,分析前线分子轨道和态密度,分别找出每种载体的内外吸附结构中最稳定的吸附构型,分析当缺陷存时对于碳纳米管负载Pt催化剂稳定性的影响.计算结果表明,Pt在原始碳纳米管内部吸附结构比外部吸附结构稳定,当以缺陷为载体时,Pt在碳纳米管外部吸附反而比内部更有利,且缺陷的存在使得吸附结构比原始碳纳米管更稳定,其中以SV缺陷为载体的结构无论是内吸附还是外吸附,对Pt的固定作用都是最好的.因此,可以通过在碳纳米管中引入SV缺陷结构来提高Pt催化剂的稳定性和耐久性.     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

(CdSe)_n(n=1-10)团簇与含硫配体相互作用的理论研究

采用密度泛函理论方法系统的研究了(CdSe)_n(n=1-10)团簇与有机配体SCH_3相互作用生成稳定产物的结构和性质.研究表明,有机配体SCH_3中的S原子能与CdSe中的Cd原子形成Cd-S配位键.通过比较该系列团簇吸附产物的吸附能、电荷、LUMO轨道、态密度和电子吸收光谱等性质,揭示了含硫配体在(CdSe)_n(n=1-10)团簇上的配体效应.     

第一原理研究Re在Ni3Al中的掺杂效应

采用基于密度泛函的第一原理分子密度泛函方法(DMol)和离散变分方法(DVM),研究了Re在Ni_3Al中的掺杂效应.计算表明:在Ni_3Al中,Re择优占据Al晶位,且Re导致局域畸变.计算结果与实验以及其他相关的理论计算结果相一致.差分电荷密度、键序以及态密度分析表明Re导致其近邻原子间相互作用加强,Pauli谱分析发现Re具有共振态和局域态性质,且与其近邻原子形成杂化健.     

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。