水在金属镁表面吸附的第一原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法,通过Materials Studio软件中的castep模块,研究了水分子在Mg(0001)表面吸附行为,揭示了镁合金钝化机理。研究了水分子在Mg(0001)表面顶位T1、桥位B2、穴位H3、穴位F4吸附情况,重点研究水分子置于T1位置的3种情况,即:水分子平行镁表面T1p,水分子垂直表面T1v,水分子所在平面与镁表面有一定倾斜T1i。计算给出了吸附能、电荷密度、差分密度、水的键长键角,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况。结果表明:水分子在Mg(0001)表面吸附时候,氧原子与表面成键,且在顶位吸附且吸附构型是倾斜时最稳定。吸附能为-0.429 3 eV(=-41.21 kJ/mol),并且吸附能大于40 kJ/mol,吸附为化学吸附。吸附过程中表面镁原子的电子向水分子转移,使镁表面电位向正方向移动,会使镁产生钝化。吸附使水分子键长增长,键角增大,即水中各原子间作用减弱,可与Mg形成水合分子或MgO、或Mg(OH)2,从而发生钝化。     

Ni-Cr-Al合金择优氧化及其影响机理的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法,研究了Ni-Cr-Al合金择优氧化及其影响机理。研究结果表明,Al,Cr不在Ni表面发生偏聚,Y却发生偏聚。氧吸附促使含Al,Cr镍合金表面偏聚反转,这对发生择优氧化起到了决定性的作用。合金元素向表面偏聚强弱的顺序为Y>Cr>Al。Cr,Al,Y存在使O于Ni合金表面化学吸附更稳定,尤其是Cr,这可以解释Ni合金氧化皮外层一般是Cr2O3,内层是Al2O3的事实。稀土促进Ni-Cr-Al合金选择性氧化是因为稀土氧化物Y2O3有助于Cr2O3,Al2O3成核。合金元素Al,Cr,Y使Ni合金表面活性增强,有助于表面Al,Cr,Y氧化物形成,产生择优氧化。O与Al,Cr,Y形成较强的共价键,与Ni形成较弱的共价键,因此Ni-Cr-Al合金表面容易生成Al2O3或Cr2O3氧化膜。O吸附使Ni,Cr,Y的d电子转移到氧原子上,因此形成的化学键兼有共价键和离子键的特性。     

表面缺陷对氧在InN(0001)上吸附的第一原理研究

研究了氧在InN(0001)面的吸附结构.结果表明,吸附能随着氧覆盖度的增加而减小,0.25 MLs氧吸附在InN(0001)-(2×2)衬底上的H3位是最稳定的吸附结构.对不同的表面缺陷,氧占据氮位比较稳定.氧的掺入很可能是造成InN的高载流子浓度和带隙变化的重要原因.     

Ir(111)表面NH_3氧化反应的第一性原理研究

采用密度泛函理论,在slab模型下,研究了NHx(x=1~3)+O、NHx(x=1~3)+OH在Ir(111)表面上的共吸附及其反应,得到了它们的最稳定吸附位置以及相应的吸附能和几何结构,确定了它们在Ir(111)面上的氧化过程及过渡态.计算结果表明,在Ir(111)面上,虽然NH3不能解离,但有O及OH存在时,能促进NH3脱掉H,最后得到N2和H2O.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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     

基于密度泛函理论的KDP(100)表面吸附水分子研究

基于密度泛函理论中的第一性原理计算方式,开展KDP(100)面表面吸附水分子的性质研究。结合Bader电荷、电子密度、差分电子密度和电子局域函数等参数进行电子密度拓扑分析,结果显示水分子在KDP(100)表面的最佳吸附位点为氢钾桥位,吸附能为–0.809eV,表明KDP(100)表面可以自发地吸附水分子;水分子中的氧原子通过吸附,与KDP(100)表面磷酸根基团上的氢原子形成含共价效应的强氢键O—H...O_w,拟合键能为–18.88 kcal/mol。     

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.     

Cu(111)表面能及功函数的第一性原理计算

应用基于局域密度泛函理论的第一原理赝势法,计算了铜体材料的结合能及晶格常数的理论值,并由此计算了Cu(111)面的表面能及功函数。计算所得到结果与实验数据吻合较好。     

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。     

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.     

氧在La/SrMnO3（001）表面吸附、解离和表面扩散的第一性原理

采用基于密度泛函的第一性原理的方法,同时结合Nudged Elastic Band方法,系统研究O原子和O2分子在La/SrMnO3(001)表面的吸附过程。给出O2分子在MnO2、LaO和SrO外表面的解离路径和势垒;研究O原子在三种表面的扩散过程,计算出各扩散路径的势垒和最稳定的吸附位置的基本情况。在此基础上,通过比较解离、扩散和放氧环节的激活能数据,提出O2的解离和表面放氧过程均为速率控制步骤。进一步为La/SrMnO3作为固体阴极材料时决定性能的第一步吸附反应提供理论数据的支持.     

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.     

Cu对O在ZnO(0001)面上吸附影响的第一原理研究

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有从蓝光到紫外波段的发光性能.其室温下的激子结合能高达60 meV,制作发光器件可以获得更高的光增益,这在某些方面起着其它材料无法替代的作用.     

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。     

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。     

高岭土表面吸水的第一性原理研究

根据第一性原理计算方法,对粘土矿物中的高岭石表面吸水进行研究,研究结果表明,高岭石具有羟基的表面更于吸附水分子且更为稳定,而且吸附水分子越多越不稳定,我们的研究结果对理解高岭石吸水性能起到一定的指导作用。