ZnO(10(1)0)非极性表面的第一原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一原理超级原胞模型计算了ZnO（10^-10）非极性表面的结构．计算表明顶层Zn原子明显向体内弛豫0．0328nm,第二层Zn原子的弛豫远离体材料0．0237nm,使得它类似于表面原子．顶层0原子的弛豫仅为0．0146nm,导致表面Zn-O二聚体有强烈扭转,扭转角达9．2°（10^-10）非极性表面Zn、O原子的电荷转移的计算表明这很可能就是（000±1）极性表面能稳定存在的原因．计算结果与其他理论计算结论和实验结论吻合很好．     

ZnO(101-0)面结构的从头计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一原理超级原胞模型,计算了ZnO(101-0)非极性表面的结构.计算结果表明,顶层zn原子明显向体内弛豫0.0328nm,第2层zn原子的弛豫远离体材料0.0237 nm,使得它类似于表面原子.顶层O原子的弛豫仅为0.0146nm.导致表面Zn-0二聚体有强烈扭转.扭转角达9.2..计算结果与其他理论计算结论和实验结论吻合的很好.此外,还计算分析了ZnO的态密度.     

Cu吸附ZnO(10ī0)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(10ī0)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(10ī0)面有较强作用的主要原因.3)Cu原子的Ot位吸附改变了ZnO(10ī0)面的成键平衡,使得呈电中性的ZnO(10ī0)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.     

ZnO在Al2O3(0001)表面的吸附与成键

采用基于密度泛函的分子动力学赝势方法, 对ZnO在α-Al₂O₃(0001)表面的吸附进行了理论计算, 研究了ZnO分子在Al₂O₃表面吸附成键过程、吸附能量与成键方位、表面原子结构变化以及表面化学键特性. 结果表明ZnO在表面吸附后消除了吸附前表面Al-O层的弛豫, 化学结合能为434.3(±38.6)kJ·mol^−1. 吸附后ZnO化学键(0.185±0.01 nm)与最近邻的表面Al-O键有30°的偏转角度, Zn在表面较稳定的化学吸附位置正好偏离表面O的六角对称约30°. 通过吸附前后原子布居数、态密度以及成键电子密度的分析, 表明ZnO的O^2−与表面上的Al³⁺所形成的化学键具有强离子键特征; 而Zn²⁺同基片表面O^2−形成的化学键有明显的共价键成分, 主要来自于Zn 4s与O 2p的杂化, 以及部分Zn 3d与O 2p的杂化.     

超声喷雾热解法制备AZO薄膜及其光致发光性能研究

利用超声喷雾热解法以乙酸锌、硝酸铝为Zn、Al源配制前驱体溶液,按不同的Z n、A l原子比（1∶0．02,1∶0．03,1∶0．04,1∶0．05和1∶0．06）在单晶硅（100）衬底上制备出具有较好光致发光性能的ZnO ：Al（AZO）薄膜．采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM ）和光致发光谱（PL ）表征了样品的晶体结构、表面形貌和光致发光性能．结果表明：所制备样品属于纤锌矿ZnO 结构,且择（002）取向生长,薄膜表面比较平整,具有较好的光致发光性能．并且Al掺杂量对AZO薄膜的紫外发射性能有重要影响,随着Al掺杂量的增加,紫外发射峰先蓝移后红移．在Zn、Al原子比为1∶0．04时得到的AZO薄膜结晶质量最好,蓝移量最大,光致发光性能最佳．     

Mn掺杂GaN(100)薄膜第一性原理的研究

采用第一性原理计算了Mn掺杂GaN非极性(100)薄膜的原子和电子结构.结果表明弛豫后表层Ga原子向体内移动,与Ga原子成键的表层N原子向体外移动,表层Ga-N键长收缩并扭转.通过对Mn原子掺杂在不同层总能量的比较,发现GaN(100)薄膜中Mn原子更容易在表层掺杂.弛豫后,掺杂在表层的Mn原子及与Mn原子成键的表层N原子都向体内发生很小的移动,Mn-N键没有发生明显扭转,但是弛豫后N原子向Mn原子靠近,Mn-N键收缩.Mn原子的掺杂使得Mn3d与N2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面.掺杂后的薄膜表现为半金属性,适合于自旋注入.     

Mn掺杂GaN(10(1-)0)薄膜第一性原理的研究

采用第一性原理计算了Mn掺杂GaN非极性(10(1-)0)薄膜的原子和电子结构.结果表明弛豫后表层Ga原子向体内移动,与Ga原子成键的表层N原子向体外移动,表层Ga-N键长收缩并扭转.通过对Mn原子掺杂在不同层总能量的比较,发现GaN(10(1-)0)薄膜中Mn原子更容易在表层掺杂.弛豫后,掺杂在表层的Mn原子及与Mn...     

弛豫InAs（110）表面的电子结构理论研究

采用最近邻的紧束缚的ｓｐ＾３．ｓ模型，利用形式散射理论的格林函数方法，计算了ＩｎＡｓ（１１０）弛豫表面的电子结构给出了表面投影能带和Ｍ占的层态密度，分析了产生表面态的原因和轨道特性以及弛豫引起表面态的变化，所得结论与实验和其他理论结果相符合。     

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。     

Au（111）衬底上单层Pd的电子态密度

用Ｒｅｃｕｒｓｉｏｎ方法计算了几个表面系统的电子态密度，这些系统在费米能附近的态密度主要是由原子的ｄ轨道贡献的．Ｐｄ（１１１）的态密度峰基本上就在费米能附近，而Ａｕ（１１１）－Ｐｄ的态密度峰在费米能级以下约０．９ｅＶ附近，这种差别被归因于原子间距的增大和顶层与衬底间原子ｄ轨道能的较大差异．     

B10和NaB10团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法在6-311+G（d）水平上计算并分析了B₁₀和NaB₉10)团簇的几何结构及电子性质,同时,讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、自然电荷分布和极化率.研究表明:B₁₀团簇的基态为半平面构型,NaB₁₀团簇的基态是以B₁₀半平面为配位基,并与Na原子构成的配位络合物.能级间隙和平均结合能结果表明增加一个Na原子改变了B原子之间的成键作用.另外,对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明:基态B₁₀团簇增加一个Na原子后NaB₁₀团簇的电子结构更趋于紧凑.     

B_（10）和KB_（10）团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法在6-311＋G（d）水平上计算并分析了B10和KB10团簇的几何结构及电子性质。同时,讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、自然电荷分布和极化率。研究表明：B10团簇的基态为半平面构型,KB10团簇的基态是以B10半平面为配位基,并与K原子构成的配位络合物。能级间隙和平均结合能结果表明增加一个K原子改变了B原子之间的成键作用。另外,对平均线性极化率和超极化率的研究表明：基态B10团簇增加一个K原子后KB10团簇的电子结构更趋于紧凑,并具有明显的非线性光学特性。     

CO在（N，Fe）共掺杂锐钛矿TiO2（100）表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法PBE＋U,研究了三类（N,Fe）共掺杂锐钛矿相TiO2（100）表面的稳定性及CO在最优掺杂表面的吸附,计算了最优表面不同掺杂位的结合能、吸附能、成键和电子结构．结果表明：CO在清洁TiO2（100）面及（N,Fe）非近邻掺杂表面的吸附较弱,（N,Fe）近邻共掺杂表面的吸附较强．通过吸附能的比较可知,N位吸附的吸附能最低,吸附最稳定,Fe位次之．由态密度可以看出,吸附方式的变化主要源于（N,Fe）表面近邻共掺杂改变了TiO2（100）面电子结构,使吸附位原子与C原子形成新的化学键．     

Zn缺陷对ZnO薄膜光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在熔石英玻璃衬底上制备了ZnO薄膜．薄膜的X射线衍射（XRD）分析表明样品具有较好的结晶性和良好的C轴取向．光致发光（PL）性能分析发现,分别在398nm和470nm波长出现了较强的发光峰,与ZnO薄膜通常的发光峰位置明显不同．通过分析表明,398nm波长的发光峰是由于导带电子跃迁到Zn空位引起,470nm波长的发光峰是由于间隙Zn电子跃迁到Zn空位上而产生．     

碳钢中不同终端的渗碳体(001)表面结构及稳定性的理论研究

为了研究碳钢中与铁素体交界的渗碳体(001)表面的表面层原子构成,采用Materials Studio软件中的CASTEP模块对从利用密度泛函理论优化后的渗碳体体单胞的4个不同位置切取的八种终端的(001)表面进行了理论计算。结果表明,若C原子暴露在表面的最外层或次外层,则该表面弛豫能较大;分割线越深入渗碳体体晶胞的内部,则越难分割出表面;实际情况下较为常见的渗碳体(001)表面应为终端结构为CFe_3和CC的表面。     

第一性原理计算锐钛矿（101）面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（101）表面的电子结构．首先对锐钛矿完整（101）表面模型进行结构优化,在此基础上计算了电子结构,得到了能带结构和态密度等数据．结果分析表明表面的电子结构与体相基本相同,在完整表面上没有出现表面态,驰豫后完整的锐钛矿（101）表面是稳定的,表面价带主要由O2p组成,导带主要由Ti3d组成,表面导带态密度变窄导致表面能隙比体相能隙略增大．通过表面原子局域态密度和Mulliken净电荷的分析,推测O2c、O3c、Ti5c可能是活性位置．     

CF和CF2分子的结构与势能函数

应用密度泛函B3LYP方法，采用6—311＋＋G（3df，3pd）基组对CF（X^2Ⅱ）进行了理论计算，得到了它的微观几何结构，力学性质和光谱性质，结果表明：CF的平衡核间距为0．12721nm，基态的理解能为5．793 eV，谐振频率为1299．95cm^-1，与实验值符合得非常好，并得到了它的Murrell-Sorbie势能函数．应用密度泛函B3P86／6—311＋＋G（df，pd），优化出CF。（X^1A1）分子稳定构型为C2v，其平衡核间距为Re=0．12974nm，＜FCF=104．64°，同时计算出了离解能、力常数及谐振频率．在此计算基础上，应用多体展式理论方法，导出了基态CF2分子的解析势能函数，该势能面准确反映了CF2（X^1A1）分子的结构特征和能量变化．     

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。     

Ir（110）表面原子结构、氧原子吸附和STM图像的第一性原理研究

用密度泛函理论（DFT）的总能计算研究了金属Ir（110）表面结构以及氧原子的吸附状态.计算得到Ir（110）-（1×1）的外层表面间的弛豫分别是-13.3%（△d12/d0）和＋6.1%（△d23/d0）,表面能σ=175meV-2,功函数Φ=5.22eV;相应的Ir（110）-（1×2）缺列再构表面的△d12/d0=-9.7%,△d23/d0=-2.4%,表面能为169meV/2,Φ=5.33eV.研究Ir（110）-（1×1）和（1×2）再构表面氧吸附,发现各吸附位置的吸附能值均为正值,表明吸附为放热反应,且氧原子最有可能吸附在短桥位（shortbridgesite,SB）.同时我们还模拟计算Ir（110）-（1×2））缺列再构表面和氧吸附再构表面的扫描隧道显微镜（STM）图像并记录STM针尖的起伏变化,结果显示表面吸附氧的位置远高于{001}方向的铱原子列,但是在STM形貌图上氧原子基本上没有凸起.