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。     

Si（111）面电子结构、表面能和功函数的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论（DFT）框架下的平面波超软赝势法研究了体相Si和Si（111）面。计算得到的体相Si的晶格常数、体积模量和结合能较好地与其它文献结果吻合。在表面结构中，由于Si-3p态的影响导致键长和电荷密度的改变。键长在第一二层，二三层和三四层之间由2．338A变为2．286A，2．382A，2．352A，电荷密度由0．57946×10^3 electrons／nm^3变为0．60419×10^3，0．5143×10^3和0．55925×10^3 electrons／nm^3。计算得到的Si（111）的表面能和功函数为Si的应用提供了理论依据。     

第一性原理研究碳在Ni(111)表面上的功函数及磁性

应用基于密度泛函理论广义近似梯度下的第一性原理方法计算了不同覆盖度下C吸附在Ni(111)表面的吸附能、功函数以及材料的磁性.计算结果表明,无论C原子是吸附在F位或是H位,对应相同的覆盖度,吸附能的大小基本保持一致.而且,随着C吸附覆盖度的增加,吸附能呈线性减小.同时,通过C的吸附可以诱导Ni(111)表面功函数和磁性发生变化,即材料表面功函数的变化量(ΔΦ)随着C覆盖度(θ)的增加而增大,并且材料表面层和次表面层的磁矩表现出明显减小的变化规律.     

稀土四硼化物表面性质的第一性原理研究

电子发射材料的性能通常与功函数和表面稳定性有关。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算五种四硼化物(RB₄,R为稀土金属La、Ce、Gd、Tb、Dy)的功函数和表面能。计算表明,RB₄表面性质取决于晶体表面取向和终结面原子。当终结面为稀土原子时,等化学计量和非化学计量表面的功函数和表面能都会降低。其中功函数降低约1.5 eV,非化学计量比的表面能平均降低0.3 J/m²。LaB₄的理论发射性能最好,是一种潜在的新型电子发射材料。     

第一性原理研究贵金属Co、Rh、Ir的表面能和表面功函数

应用基于密度泛函理论的第一性原理计算了Co、Rh、Ir等3种贵金属的3个低密勒指数表面(100)、(110)和(111)的表面能及功函数.对Co、Rh、Ir的3个不同表面的计算结果进行了对比与分析,计算值和实验值符合得较好.对于Ir(100)表面,以表面能和功函数作为Slab层数的函数研究了它们的收敛性,计算结果表明表面能收敛于0.01 J/m2,功函数收敛于0.04 eV.     

氧原子在Al(111)表面扩散的第一性原理研究

为了研究氧在Al(111)表面的扩散机制,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氧原子在A1(111)表面的外表面和间隙位置的扩散.本研究计算了氧原子在Al原子层的相同间隙层和不同间隙层的扩散势垒,结果发现:氧原子由八面体位置向四面体位置(包括表面hcp位置向fcc位置)扩散时,同层之间的扩散比层间的扩散势垒要小;表面向内层的扩散过程中,由fcc位置向四面体位置扩算要比由hcp位置向八面体位置扩散容易;讨论了由表面向内层扩散的可能路径.     

金属镓在Bi(111)表面上的吸附和合金化

利用超高真空-低温隧道扫描显微镜,结合第一性原理计算,研究了金属镓原子在Bi(111)表面上的吸附和合金化过程.在低温条件下沉积镓原子,一部分镓原子会聚集在衬底表面形成小液滴,另一部分则会依附在Bi(111)台阶处形成略矮于原台阶高度的镓铋合金.在室温退火后,聚集的小液滴会脱附,被真空泵抽离后,样品表面的台阶边缘处留下大面积的镓铋合金,合金结构的晶向与衬底相同,原子排列方式为六角密排结构.模拟计算发现,沉积在Bi(111)表面的镓原子替代第2层的铋原子形成镓铋合金结构的能量最低,结构最稳定,且模拟的镓铋合金的层高与实验结果一致.     

表面合金化对NiPt金属栅电极功函数的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ni1-xPtx(111)和Ni1-xPtx(001)表面合金的功函数.计算结果表明,Pt原子掺杂在表面层时对功函数影响较大,而且表面层Pt原子掺杂后的合金结构最为稳定;对于Ni1-xPtx(001),当表面层Pt原子的覆盖度从0增加到100%时,功函数近线性增加了0.6eV;而对于Ni1-xPtx(111),当表面层Pt原子的覆盖度从0增加到25%时,功函数增加了0.22eV,覆盖度从25%增加到100%时,功函数却几乎不再变化.上述结果表明,表面层合金化对功函数有重要影响,而金属功函数又强烈依赖于表面取向.     

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.     

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.     

扫描隧道显微镜诱导吸附有甘氨酸的Cu(111)表面铜台阶的产生和运动

氨基酸是蛋白质的构成单元,它在金属表面的吸附为研究蛋白质同金属相互作用奠定了基础。吸附了氨基酸的金属表面会发生诸如重构改变或小面化等形貌的变化,但这些变化在吸附了氨基酸的全部金属表面都能够发生。在较大负偏压(|V_b|＞2.5V)的条件下使用扫描隧道显微镜(STM)扫描吸附有甘氨酸的Cu(111)表面,在扫描区域内原有铜台阶的形状发生了变化并产生了新的铜台阶。本文对甘氨酸在铜表面形貌变化中所起的作用进行了讨论。     

吡啶吸附对Pt(111)电极上Cu欠电位沉积的影响

应用循环伏安法(CV)研究了溶液pH值和吡啶吸附对Pt(111)上Cu欠电位沉积(upd)的影响.结果发现,溶液pH值对Cu的upd的峰电位和形状有明显的影响.在0.5 mol*L-1 H2SO4+CuSO4溶液中吡啶的加入抑制了Cu的upd,而在0.1 mol*L-1 K2SO4+CuSO4(pH=5.2)溶液中,吡啶的加入却催化了Cu的upd.这一现象应该与吡啶环上氮原子的质子化而导致的吡啶吸附取向的变化有关.     

Adlayer structure of TCNQ molecules on Cu(111): Anin situ STM study

In situ electrochemical scanning tunneling microscopy (STM) was employed to examine tetracyano- quinodimethane (TCNQ) layer adsorbed on Cu(111) electrode surface in 0.1 mol/L HClO₄ solution. The TCNQ molecules are found to form highly-ordered long range adlayer with a (4×4) symmetry. Each TCNQ molecule is adsorbed on Cu(111) surface in flat-lying orientation. The molecules are preferentially aligned with their long axes in the [121] direction. A structural model is proposed for the adlayer.     

CO在Pt(111)表面吸附的从头算研究

本文在超胞近似和slab模型的基础上,采用广义梯度近似(GGA)下的RPBE(Revised Perdew-Burke-Ernzerhof)泛函对CO-Pt(111)体系进行了理论研究.对体系的吸附能、C-O键和C-Pt键的键长、CO的振动频率以及电子态密度(DOS)进行了计算和分析.结果表明,在0.25ML(mono-layer)的覆盖度下,CO在顶位(top)、桥位(bridge)、两个三重洞位(fcc和hcp)的吸附能非常接近,这说明CO在Pt(111)面比较容易扩散.在顶位,C-O键和C-Pt键的键长分别为1.16和1.85,CO的振动频率为2069cm-1.通过态密度分析表明,CO吸附在桥位和洞位时,其分子轨道3σ、4σ、1π、5σ轨道均参与成键,但是CO吸附在顶位时,仅有4σ、1π、5σ轨道参与成键,这可能与CO吸附在表面时和不同数目的Pt原子结合密切相关.     

应用低能正电子衍射对Si(111)-(2×1)表面结构的分析

对Si(111) (2× 1)表面 7个非等价垂直入射衍射束的自动张量低能正电子衍射强度的分析的结果表明 ,该表面偏向于改进的π键链模型 ,但得到的可靠性因子不如其它化合物半导体表面结构分析时小 ,本文对其可能的原因进行了较详细的分析。     

（GaAs）1（AlaS）1（111）超晶格能带结构的LMTO—ASA计算

用从头计算的LMTO-ASA方法计算(GaAs)_1(AlAs)_1(111)超晶格和体材料GaAs、AlA_3的能带结构,给出布里洲区对称点Γ、Z、D主要能带本征值的对称性标记和对应关系,结果表明,(GaAs)_1(AlAs)_1(111)能带与体材料能带有一定的对应转化关系,能带隙是直接能隙,在布里洲区Γ点。     

Structure of self-assembled monolayer of NPAN on Au(111) electrode

Recently, much attention has been paid to the self-assembled monolayers (SAMs) or Langmuir-Blodgett films (LB films) of molecules bearing azobenzene group on the surface. Azobenzene derivatives are attractive ow-ing to their interesting photoresoponsive behavior[1—5]. Azobenzene and its derivatives take both trans (E) and cis (Z) structures with respect to the azo linkage and normally exist in the more stable trans form[6]. Being irradiated with appropriate light, organic molecules and po…     

含铍离子Be^＋,（BeO）^＋及（BeO2）^＋的从头计算研究

本文用量子化学从头计算方法对Be~ 、(BeO)~ 及(BeO_2)~ 等含铍一价正离子作了计算和研究。优选了(BeO)~ 及(BeO_2)~ 的平衡构型,获得了它们的能量和集居数。(BeO)~ 的平衡核间距为1.43A,能量极小值为-87.96291 Hartree。(BeO_2)~ 的平衡构型为[O-Be-O]~ 直线构型,其中Be-O键长为1.535A,能量极小值为-161.83475 Hartree。认为该类离子能稳定存在的原因是由于Be与O之间共价键的形成。