金属二硼化物表面性质的密度泛函计算

利用第一原理密度泛函方法对四种金属二硼化物ZrB2、VB2、TaB2和NbB2的表面性质进行探究,计算其主要密排面(0001)、(10-10)和(11-20)不同终结面的电子功函数,并通过表面能曲线讨论了各个表面不同终结情况时的稳定性.研究表明,四种MB2各个密排面的功函数值均比金属终结面更低.ZrB2的金属终结面较硼终结面表面能更低,更为稳定.而VB2、TaB2和NbB2的硼终结面更为稳定,同族元素的表面能呈现相似变化趋势.     

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.     

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.     

Nb(100)表面吸附和解离氮气的密度泛函理论计算

【目的】研究多个氮气分子吸附于Nb(100)表面的问题.【方法】采用基于密度泛函理论的总能计算方法研究Nb(100)表面吸附多个氮气分子。【结果】得到0.25,0.50,0.75覆盖度(ML)下氮气分子吸附Nb(100)表面的结构,能量,振动频率以及表面功函数等性质,并进一步讨论了氮气分子在Nb(100)表面吸附与分解的物理机制。【结论】吸附在Nb(100)表面的氮气分子容易发生解离,部分氮气分子以分子态的形式吸附,而部分氮气分子则分解成原子吸附于铌表面。     

覆盖度对S原子在不同过渡金属表面吸附性质影响

采用第一性原理方法对不同覆盖度下S原子在Co(0001)表面吸附能、吸附引起体系表面功函和电子态密度分布变化进行计算并与S/Pd(111)等体系结果进行对比.结果表明:在Co(0001)表面S原子吸附能值随覆盖度增加而降低,在覆盖度1.0 ML时形成S2吸附结构；S原子吸附后体系功函变化和电子态密度分布变化与S/Pd(...     

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.     

面心立方金属对称和非对称方向的声子谱

依据晶格动力学理论,采用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytic Embedded AtomMethod,MAEAM),沿Brillouin区中的4个对称方向和4个非对称方向,计算了面心立方金属Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的声子谱.结果表明,除Rh、Ir和Pb误差稍大外,其余理论计算结果与实验符合很好,预示着非对称方向计算值的正确性.同时表明MAEAM能够用来描述面心立方(FaceCenter Cubic,FCC)金属晶体原子间的多体相互作用,但是还需要改进和提高.沿着相同方向,FCC金属的声子谱曲线相似,频率依次沿Al、Ni、Rh、Ir、Pd、Pt、Pb的顺序降低,这是由于它们的原子质量与结合能的比值依次降低的缘故.     

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.     

Mg在Si(220)表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势的方法,通过搜寻Mg原子在硅Si(220)晶面上的最佳吸附位置,计算Mg/Si(220)体系的吸附能、电子态密度、电子布居和功函数等,系统研究了Mg原子在Si(220)表面的吸附过程.结果表明:Si表面Mg原子的最稳定吸附位置为Si(220)晶面的穴位,此时吸附能最低.同时,Mg/Si(220)体系中Mg原子的2p和3s轨道电子与Si原子的3s和3p轨道电子间的强相互作用使体系的电子布居和功函数发生改变.     

NO在Pt掺杂Rh(111)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对NO在Rh(111)表面top、fcc、hcp、bridge4个吸附位和Rh-Pt(111)表面Rh-top、Pt-top、RhRh-bridge、Rh Pt-bridge、Pt Pt-bridge、Rh2Pt-hcp、Rh Pt2-hcp、Rh2Pt-fcc、Rh Pt2-fcc 9个吸附位的13种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了NO较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:NO在Rh(111)和Rh-Pt(111)表面的最稳定吸附位分别为Rh-top和Pt-top位,其吸附能的大小顺序为Ph(111)Rh-Pt(111);NO与金属表面成键,属于化学吸附.     

自旋取向对碳原子吸附Mn/Fe(001)表面的磁性和功函数的影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了不同C原子覆盖度及自旋组态(平行PL,反平行APL1)下Mn/Fe (001)表面的功函数及磁性.计算结果显示自旋组态对体系的功函数和磁性都有很大的影响,C原子覆盖度相同时,体系在PL态下的功函数会微小于其在APL1态下的功函数.与此同时,当C原子覆盖度θ≤0.5 ML时,随着θ值的增加,PL态对应体系的功函数由4.08 eV增大到5.13 eV,APL1态体系功函数则由4.10 eV增大到5.26 eV;然而当θ＞0.5ML时,两种自旋组态体系的功函数都随θ值的增加而减少.另外,随着C原子覆盖度的增加,PL态及APL1态表面层原子的磁矩均有逐渐减小的趋势.     

金属Fe高指数面表面能的分子动力学模拟

利用基于嵌入原子型原子间相互作用势(EAM)的分子动力学理论,计算了金属Fe位于两个晶带上([001]晶带和[-110]晶带)一系列高密勒指数面的表面能.基于表面结构单元模型的经验公式,提出了一个更普遍的经验公式,可以根据几个低密勒指数面的表面能计算出高密勒指数面的表面能和表面结构特征.计算结果表明:最密排面的表面能最低,最密排面(110)面和次密排面的(100)、(112)面的表面能分别是表面能值随晶向角度θ变化曲线上的极小值.分子动力学理论模拟结果、公式计算结果和其他理论结果三者符合得较好.     

K助剂不同形态在MoP(101)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论研究了MoP催化剂中K助剂的不同形态,即K原子和K_2O分子吸附于MoP(101)表面的稳定构型、功函数和态密度.计算结果表明,在K/MoP(101)和K_2O/MoP(101)2种表面模型中,K原子和K_2O均会将电子转移到MoP(101)表面上,使其功函数明显降低.态密度分析表明,K原子和K_2O与MoP(101)表面均存在较强的相互作用.整体来看,K助剂的不同形态对表面电子性质的影响是相近的.     

自旋取向对碳原子吸附Mn/Fe(001)表面的磁性和功函数的影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了不同C原子覆盖度及自旋组态(平行PL,反平行APL1)下Mn/Fe(001)表面的功函数及磁性.计算结果显示自旋组态对体系的功函数和磁性都有很大的影响,C原子覆盖度相同时,体系在PL态下的功函数会微小于其在APL1态下的功函数.与此同时,当C原子覆盖度θ≤0.5 ML时,随着θ值的增加,PL态对应体系的功函数由4.08 eV增大到5.13 eV,APL1态体系功函数则由4.10 eV增大到5.26 eV;然而当θ>0.5 ML时,两种自旋组态体系的功函数都随θ值的增加而减少.另外,随着C原子覆盖度的增加,PL态及APL1态表面层原子的磁矩均有逐渐减小的趋势.     

含稀土硬质合金的表面观察

采用合金烧结表面观察法研究了掺杂稀土在低碳硬质合金中的存在形式与作用机理.掺杂稀土分别以混合稀土(La和Ce为主体成分) Co(RE Co)预合金粉形式和La(NO3)3的丙酮溶液形式在硬质合金湿磨时直接加入.用扫描电镜和能谱仪对含稀土与不含稀土的低碳硬质合金的烧结表面进行观察与分析.研究结果表明:合金中是否含有稀土以及稀土的掺杂形式对合金的表面结构有很大的影响;以混合稀土 Co预合金粉形式掺杂的硬质合金烧结表面,稀土Ce明显富集,合金表面的稀土形成了含氧的稀土第3相;当稀土以La(NO3)3形式掺杂时,合金表面含氧的稀土La第3相的数量明显小于前一种掺杂形式.当稀土以RE Co预合金粉的形式掺杂时,因Ce与氧具有很强的结合能力,Ce向硬质合金烧结表面富集的驱动力主要来自于合金内部与合金表面氧的浓度差;当稀土以La(NO3)3的形式掺杂时,硬质合金烧结表面附近的稀土La向烧结表面聚集的驱动力主要来自于系统自由能的降低.     

金属Pt三个低指数晶面的表面能和弛豫第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理从头计算(vienna ab-initio simulation package,VASP)软件包,优化了金属铂(Pt)的晶格常数a0,计算了Pt的3个低指数晶面(100)、(110)及(111)表面能和多层弛豫.结果表明,晶面弛豫前后表面能的相对大小均满足E(111)＜E(100)＜E(110).表面弛豫主要发生在第一、二层,3个晶面弛豫量相对大小为|△d(111)|＜|△d(100)|＜|△d(100))|,弛豫量随表面层数增加而振荡减小.(100)和(110)表面最外层向内收缩,(111)表面最外层向外膨胀.此外,从弛豫前后的电子态密度变化的较深层次对弛豫结果进行了分析.     

Ir在La_2O_2CO_3(001)表面吸附的理论研究

制氢技术是发展燃料电池的关键技术之一,而目前研究较多且具有良好应用前景的制氢技术是醇类水蒸气重整制氢法制氢.具有高活性、高选择性、高稳定性的催化剂在醇类催化制氢过程中起重大作用.采用密度泛函和周期边界模型对La2O2CO3负载Ir催化剂体系界面作用作了理论研究,计算了Ir在La2O2CO3(001)面上的各个吸附位点的吸附能.计算表明Ir原子在La2O2CO3(001)面上各个吸附位点上均发生化学吸附,其中吸附能最高的吸附位点为桥位平行,其吸附能为-479.863 kJ/mol.进而计算了Ir在Ca掺杂的La2O2CO3(001)面上各位点吸附能,结果表明Ca掺杂后的载体对Ir的吸附能力大大提高,且桥位平行位点依旧为最佳吸附位点,其吸附能达到-676.971 kJ/mol.     

从铂族金属混合溶液中分离和提纯铱的新方法及其有关络离子的研究

本文研究了三正辛胺(TOA)异辛烷溶液从HCI介质中萃取Rh(Ⅲ),Ir(Ⅲ)水合阳离子,及铂族金属氯合阴离子的性能,建立了一种用TOA溶液从它们的混合液中分离和提纯Ir的新方法。 含Pt,Pd, Rh,Ir的混合液经水解、酸化等处理后,其中Rh,Ir分别转变为Rh(Ⅲ),Ir(Ⅲ)水合阳离子,Pt,Pd仍保持在氯合阴离子状态,用TOA溶液可萃取99％的的Pt,Pd,而Rh,Ir定量留在水相。进而将Ir转变为IrCI_6~2,Rh仍保持为Rh(Ⅲ)水合阳离子,再用TOA液溶萃取,即实现Ir与Rh分离。用此法从工业料液中制备的Ir,其纯度达99.95％。     

KLTN晶体表面性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用局域密度近似方法,对钽铌酸钾锂KLTN晶体(100)和(110)表面进行几何结构优化,计算了晶体的能带结构、态密度和介电函数.将计算结果与钽铌酸钾对应的表面参数进行了比较和分析,结果显示,KTN经过A位阳离子Li替代后,能带带隙增加,总态密度值减小,对应的介电函数性质发生改变,与晶体表面性质随阳离子含量和取向不同会发生改变的理论预期一致.     

碳在钴表面及次表面上的吸附和沉积的理论研究

利用密度泛函理论对在不同的碳覆盖度下,碳在Co(111)和Co(0001)表面上的吸附和沉积进行了理论计算研究.发现从热力学的角度分析,在低覆盖度下,表面团簇C_n更为稳定.并且C_2二聚体是关键的基本单元.随着碳覆盖度的增加,碳会从表面向次表层渗透.但是从动力学上讲,表面团簇C_n的形成更为有利,碳从表面迁移到次表面的过程中并没有明显的驱动力.因此,在Co(111)和Co(0001)表面上会出现表面碳沉积.这些结果可以为碳沉积和碳化钴的形成提供有用的信息.