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.     

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.     

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.     

N2O在Pt(111)表面的吸附结构

基于密度泛函理论和周期平板模型,通过Nt-T,Nt-T-O-T,Nt-B-O-T,Nt-B-Nc-T和Nt-T-Nc-T五种吸附结构研究了N2O分子在Pt(111)表面的吸附,发现Nt-T位是最稳定的吸附位,且吸附主要是通过末端Nt原子与表面作用.从吸附结构分析了N2O分子在Pt表面可能的解离过程.     

乙二醛和乙醛酸在Au(111),Pd(111)和Pt(111)面的吸附研究

采用第一性原理密度泛函理论,对乙二醛在Au(111),Pd(111),Pt(111)面的吸附进行系统研究.结果表明,乙二醛和乙醛酸在Au(111)表面的吸附最弱,在Pd(111)表面上的吸附能最高,生成的乙醛酸不易脱附,容易被进一步氧化生成草酸.Pt催化剂性能最佳,乙二醛强化学吸附在Pt(111)面,C-H键断裂,C-C键稳定,易被氧化成目标产物乙醛酸,同时,目标产物乙醛酸在Pt催化剂表面上易脱附,氧化程度小,选择性高,与实验结果吻合较好.     

甲醇在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化,对体系的吸附能、O-H键、C-O键和-CH3键等振动频率进行了计算,并对电子态密度(DOS)进行了分析.计算结果表明top位是比较有利的吸附位,但是吸附能较小,吸附后甲醇分子构型未发生较明显的变化.通过对吸附前后甲醇分子振动频率分析,发现甲醇吸附后O-H键比C-O键红移大,说明甲醇解离时O-H键比C-O键活化程度高.通过DOS分析发现甲醇主要是π轨道参与了成键.     

MgO(001)表面掺杂过渡金属Au/Pt吸附CO的理论研究

采用密度泛函理论DFT/B3LYP方法研究掺杂了Au和Pt原子的MgO(001)表面吸附CO分子的吸附性质,通过对吸附体系的优化、能量和电子性质等的计算,结果表明,对于MgO完美表面,掺杂Pt比Au更容易吸附CO分子;在MgO(001)表面不同氧缺陷位(O5c/O4c/O3c),掺杂了Au和Pt原子后吸附CO分子的能力依次分别为:O_(3c)O_(5c)O_(4c)和O_(5c)O_(3c)O_(4c),掺杂了Pt原子的O5c位吸附能最低。可知Pt原子的掺杂及氧缺陷的MgO(001)表面,有利于吸附CO分子。     

甲醇在Pt-Cr-Cu(111)表面吸附的量子化学研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法,对CH_3OH分子在Pt-Cr-Cu(111)表面top-Pt、top-Cr、top-Cu、bridge-Pt_2、bridge-PtCr、bridge-PtCu、bridge-Cr Cu、hcp-Pt_2Cr、hcp-Pt_2Cu、hcp-PtCrCu、fcc-Pt_2Cr、fcc-Pt_2Cu和fcc-PtCrCu的13个吸附模型进行构型优化和能量计算,得到CH_3OH较有利的吸附位;同时考察中毒性发现,最优吸附模型Pt_2Cr-fcc的抗CO中毒能力非常强;掺杂Cr、Cu后,能带变宽,Pt原子的d轨道上靠近费米能级处原有的峰消失,很好地解释了该三元合金电催化剂催化氧化甲醇的活性增强这一现象.     

Pt在CeO_2(111)面吸附的第一性原理研究

基于广义梯度近似(GGA)的投影缀加平面波(Projector augmented wave,PAW)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用DFT+U的方法,计算并分析了Pt在CeO2(111)p(2×2)面上的吸附能,电子结构和化学特性.考虑了Pt在多个不同位置的吸附,结果表明:Pt最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附;在CeO2(111)p(2×2)面上吸附的Pt原子之间的几乎没有相互作用;Pt的吸附只对其近邻的衬底原子结构有明显影响.以上结果有助于对三元催化剂中Pt与CeO2的协同作用机理的理解.     

Tl在Si(111)面吸附特性理论研究

Ⅲ族金属元素(如Al,Ga和In)在Si表面的吸附长期以来一直受到众多理论和实验研究者的关注,最近,该族最重的元素铊(Tl)在Si(111)面吸附的独特性质引起了人们的极大兴趣.通过低能电子衍射(LEED),Visikovskiy等人[1]发现Tl吸附在Si(111)表面时由于外加直流电压极性的转换表面结构在(1×1)和(√3×√3)之间存在可逆的结构改变,与Tl同族的In在表面电迁移后形成具有(4×1)结构的表面硅化物,是不可逆的.     

密度泛函理论研究CO、CO+H在Ni(111)表面的吸附

采用密度泛函理论(DFT)研究了CO以及CO+H体系在金属Ni(111)表面的吸附行为.采用二维平板周期性结构模型来模拟金属Ni(111)表面,消除了团簇结构模型不能考虑体系边界效应的影响,更接近于真实金属表面.对CO在Ni(111)表面的吸附过程进行探究,结果表明:CO在不同的表面活性位吸附后C—O键不同程度被削弱;通过对吸附能以及吸附后C—O键长和C—O伸缩振动频率分析,发现顶位(top)、桥位(bridge)、六方密堆积三重穴位(hcp)和面心立方三重穴位(fcc)都以C端靠近表面的垂直吸附为稳定状态,均为非解离吸附,其中fcc与hcp两空穴位吸附性质几乎相同,为CO的最佳活性位.研究CO与氢(H)在Ni(111)表面的吸附过程的结果表明:部分CO通过双基端加H生成中间物种—OCH和—COH,C—O键很大程度被削弱,较不加H吸附时的C—O键更容易在活性位断裂,因而以金属Ni(111)表面做催化剂的情况下H的加入有助于CO的解离.     

NO在Ir(110)表面吸附和解离反应的泛函密度理论

采用密度泛函理论(DFT)和周期性平板模型,考察NO在Ir(110)表面上的吸附、解离及N2生成机理.计算结果表明:NO以N端向下在顶位吸附为最稳定的吸附方式,其次是短桥位,空位吸附最不稳定;顶位吸附的NO在表面存在2条解离通道:1)直接解离通道;2)由初始态扩散到短桥位,继而发生N—O键断裂生成N原子和O原子,是NO在表面解离的主要通道;解离后的N原子经联短桥位共吸附态发生N—N聚合反应生成N2,在表面共存的O原子促进了N2的生成,与实验结果相符.     

CO吸附在Pt表面振动光谱的理论计算

根据CO分子吸附在过渡金属Pt表面的CO—Pt体系相互作用近似模型，采用类Rose势，利用有限差分方程和量子力学方法求解CO-Pt体系的Schrodinger方程，得出CO-Pt体系波函数的数值解．进一步将所得的波函数进行离散Fourier变换，从频谱的极大值得到体系的本征振动能量，并拟合成非谐性光谱项表达式，同时对这些数值解进行定量分析．用同样方法计算自由态的基态CO的本征振动能量和非谐性光谱项，与CO-Pt吸附体系的结果相比较．结果表明，CO—Pt体系的本征振动仍接近谐振动，高阶项较小，其本征振动频率比自由基态CO的振动频率低．     

甲醛在Ir(111)面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对甲醛在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化和振动频率分析。结果表明,甲醛在Ir(111)表面的最稳定的吸附构型是O原子和C原子分别与各自最邻近的Ir原子成键,整个甲醛分子像座桥搭在这两个Ir原子的上方,C-O键与Ir原子表面法线呈86.0°的倾角。该稳定的吸附构型为η~1-C-η~1-O构型,吸附能大小为0.78e V。通过对比吸附前后甲醛的振动频率,发现吸附后-CH2的对称与反对称伸缩振动频率均发生了蓝移,而C-O键的振动频率发生红移,说明了吸附过程中CH_2O的C-O键被活化。     

掺杂对Al(111)面氧分子吸附性能影响

为了揭示掺杂对Al(111)面O2吸附性能影响规律。采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的第一性原理计算方法,通过构建模型以及设置计算参数,计算得到了不同O原子覆盖度下Ni、Mn、Si掺杂对应Al(111)面吸附O2的吸附能、功函、Bader电荷、差分电荷密度、以及态密度。研究表明：当氧原子覆盖度较低情况下,纯铝表面吸附能绝对值最大,转移电子数最多,原子之间存在相互作用并主要由最外层电子轨道决定。当氧原子覆盖度增大至3/8时,掺杂表面吸附能大于纯铝表面,掺杂促进了Al(111)面吸附氧分子。结果表明：Al(111)面吸附氧分子的能力不仅与掺杂元素有关,还与各表面O原子的覆盖度有关,当O原子覆盖度较低时,Mn、Si、Ni掺杂抑制了O2吸附,当覆盖度较高时,Ni、Mn、Si掺杂促进了O2吸附。     

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.     

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     

乙醇分子在Bi(111)表面上的吸附和自组装

利用低温扫描隧道显微镜研究乙醇分子在半金属Bi(111)表面的吸附和自组装.在低覆盖度下,乙醇分子主要以单体和二聚体的形式吸附在衬底表面.随着覆盖度的增加,形成少量的分子链和大量结构稳定的六聚体结构.高覆盖度下的乙醇自组装结构经310K退火2h后,得到大面积的乙醇自组装薄膜.乙醇自组装薄膜的晶格常数是:a=630pm,b=380pm,θ=89°,这与乙醇晶体的晶格常数不同.乙醇自组装薄膜的形成得益于分子间的较强的相互作用,这种作用力可以主导分子与衬底间的作用.     

Si(111)表面上Ge量子点的理论研究

采用DFTB+计算方法对在Si(111)表面上三种不同形状的Ge量子点结构(六边形岛状量子点、条形岛状量子点以及光栅形量子点)进行结构优化,并采用CASTEP对结构的能量及光学性质进行计算。对这几类Ge量子点表面纳米结构的光学性质(介电函数、光吸收、复折射率、反射率)进行深入分析,经过比较后会发现这三种结构中光吸收能力最好的结构是条形岛状量子点纳米结构。     

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.