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.     

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.     

O_2在Pd_2@Au/Pd(100)表面上分解机理研究

采用密度泛函理论,在slab模型下,研究了O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上的吸附与分解.结果表明:O2分子优先吸附于Pd-Pd桥位,O-O键轴平行于表面.O2分子通过其3σg和1πu轨道向表面转移电荷,又通过其1πg轨道接受来自表面的电子,净的结果是每个O原子得到了0.22e.合金表面暴露出来的Pd二聚体团簇为催化分解O2的活性中心.O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上分解时,首先需要在扩散中断裂O-O键,然后经过一系列O原子的扩散过程,达到稳定的产物结构.     

CO_2与Ni_5Ga_3(010)表面相互作用的理论研究

采用密度泛函理论,在Slab模型下,研究了CO_2在Ni_5Ga_3合金(010)面上的吸附确定了CO_2在Ni_5Ga_3(010)面上的吸附位点、吸附构型和吸附能,并对吸附成因进行了仔细分析.计算结果表明,CO_2在富Ni面上的吸附较贫Ni面上稳定,η~2-CO*结构是CO_2的优势吸附构型.电子结构分析结果显示,CO_2的4σ_g,3σ_u,1π_g,2π_u轨道与表面Ni原子d_(xz)和d_z~2轨道之间的相互作用是CO_2能够稳定吸附于表面的主要因素.     

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.     

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.     

CO吸附在钯表面的电子能谱SCC-DV-X_a量化计算

用SCC-DV-X_α(Selt-Consistent-Charge-Decrete Variational-X_α)方法计算CO 吸附在Pd(100)表面的电子能级、态密度、前沿轨道等.结果表明,钯原子簇的桥位对CO有较好的催化活性;CO与Pd原子的配位键含有Pd原子的d、p轨道成份;吸附后的CO 5σ与1π能级间隔大大缩小,在态密度图上出现的对应于CO的5σ+1π与4σ二个吸附峰的位置和计算值,与UPS所观察到的二个CO吸附峰的位置和测量值相吻合。     

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。     

蔡斯盐及相关Pt(II)配合物中配位键的量子化学研究

在RHF/Lanl2DZ水平从头算的基础上对蔡斯盐及相关Pt(II)配合物PtCl3(X2Y4)-(X=C,Si;Y=H,F)的成键特征进行了细致的分析.用能级位移算符逐步剔除分子片空轨道能级的方法代替分子片轨道冻结,使KSM能量分解的耦合项得以消除.能量分析结果表明,PtCl-3与C2H4成键是由σ供键,σ反馈键与π反馈键组成的,σ供键占主要地位,σ供键与π反馈键的强度比是2.14,σ反馈键的强度大约是π反馈键的一半.PtCl-3与C2F4成键是由σ供键与π反馈键组成的,π反馈键占主要地位,σ供键与π反馈键的强度比是0.80.PtCl-3与Si2H4成键是由σ供键与π反馈键组成的,σ供键与π反馈键的强度比是3.39,σ供键占绝对主要地位.     

Ru(0001)和(1010)表面上NH_3吸附结构研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究NH3在Ru表面的吸附行为.结果表明,NH3在Ru(0001)和Ru(1010)面上的优势吸附位皆为顶位.NH3的吸附是化学吸附且具有表面结构敏感性,与密堆积表面(0001)相比,NH3在开放的(1010)面上的吸附更加稳定,吸附能达到1.08 eV.电子结构计算结果表明,NH3通过其3a1轨道与表面Ru原子的4dz2和5s态混合吸附于表面.     

Adsorption of CO molecules on Rh low index and （331） stepped surfaces

The 5-parameter Morse potential (for short5-MP) of the interaction between C, O atom and Rh surfaceand the extended LEPS potential have been constructed, andthe adsorption and diffusion of CO molecules on Rh low in-dex surfaces and open rough Rh(331) stepped surface areinvestigated. This work puts forward the concept of vibra-tion dactylogram property for molecular adsorption states.The calculation results and the analysis of vibration dactylo-gram show that there exists the commonness in the adsorp-tion on Rh low index surfaces and Rh(331) stepped surface: with the increasing coverage, the top, bridge sites are ad-sorbed in perpendicularly in sequence, and the top sites arethe steady adsorption sites and the bridge sites are the next.On (100) surface, CO molecules obtain the eigenvibration of2009, 1946 cm^-1 on the top and bridge sites respectively andthe difference between the binding energy of above two sitesis 0.09 eV; on (110) surface, CO molecules obtain the eigen-vibration of 2019, 1961 cm^-1 respectively; on (111) surface,CO molecules on the top. bridge and hollow sites produce theeigenvibration of 2000, 1912, 1894 cm^-1 respectively, thebinding energies of the three sites decrease in turn and thediscrepancy between the top and bridge sites is 0.03 eV; on (331) surface, top and bridge sites between two equivalenttop sites are adsorbed in, and then obtain the eigenvibrationof 2018, 1987 cm^-1; 1969, 1927 cm^-1 respectively.     

Structure and properties of samarium overlayer and Sm/Rh surface alloy on Rh(100)

The structure and properties of Sm overlayer and Sm/Rh surface alloy have been investigated with Auger electron spectroscopy (AES), low energy electron diffraction (LEED), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and temperature programmed desorption spectroscopy (TDS). The growth of Sm on Rh(100) at room temperature (RT) appears following the Stranski-Krastanov growth mode and only the trivalent state Sm is observed from XPS results. Thermal treatment of the Sm film at 900 K leads to the formation of ordered surface alloy which shows the c(5√2 × √2)R45° and c(2×2) LEED patterns. Annealing the Sm film at temperature above 400 K makes the binding energy (B.E.) of Sm 3d_5/2 shift to higher energy by 0.7 eV, which indicates charge transfer from Sm to Rh(100) substrate, causing the increase of CO desorption temperature.     

氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。     

氧原子在金属银（211）（410） （997）台阶表面吸附和解离的理论研究

笔者利用原子与表面簇合物相互作用的5参数Morse势（5- MP）的理论方法,对氧-银（211）（410）（997）台阶体系进行了研究,并获得了全部临界点性质.通过对（211） （997）台阶面吸附的研究,表明实验上在Ag（111）平坦表面所测得的27.3meV,30 meV为反常的低频振动;对（410）台阶面的研究,推测在Ag（410）台阶缺陷表面存在三类四个氧原子吸附位,其中位于台阶底部的四重LB位是最稳定的吸附位.     

Mn在Si(100)表面化学吸附电子结构的研究

用TB－LMTO方法研究单层Mn原子在理想的Si(100)表面的化学吸附，计算了Mn原子在不同位置的吸附能。结果表明，Mn原在C位（四重位）吸附量稳定，在Mn/Si(100)界面存在Mn,Si混合层。同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究。     

The structure and chemistry of the TiO(2)-rich surface of SrTiO(3) (001)

Oxide surfaces are important for applications in catalysis and thin film growth. An important frontier in solid-state inorganic chemistry is the prediction of the surface structure of an oxide. Comparatively little is known about atomic arrangements at oxide surfaces at present, and there has been considerable discussion concerning the forces that control such arrangements. For instance, one model suggests that the dominant factor is a reduction of Coulomb forces; another favours minimization of 'dangling bonds' by charge transfer to states below the Fermi energy. The surface structure and properties of SrTiO(3)--a standard model for oxides with a perovskite structure--have been studied extensively. Here we report a solution of the 2 x 1 SrTiO(3) (001) surface structure obtained through a combination of high-resolution electron microscopy and theoretical direct methods. Our results indicate that surface rearrangement of TiO(6-x) units into edge-sharing blocks determines the SrO-deficient surface structure of SrTiO(3). We suggest that this structural concept can be extended to perovskite surfaces in general.     

Preparation and properties of the SmOx/Rh(100) model surface

The preparation of SmOx/Rh(100) and CO adsorption on this model surface have been investigated with Auger electron spectroscopy (AES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature programmed desorption spectroscopy (TDS). The oxygen adsorption on the SmRh alloy surface leads to the aggregation of Sm on the surface. The thermal treatment of this oxidized surface induces the further agglomeration of SmOx on the Rh(100) surface. Compared with CO TDS on the clean Rh(100) surface, three additional CO desorption peaks can be observed at 176, 331 and 600 K on the SmOx/Rh(100) surface. The CO desorption peak at 176 K may originate from CO adsorbed on SmOx islands, while the appearance of the CO adsorption peaks at 331 and 600 K, depending on the oxidation state of Sm, is attributed to CO species located at the interface of SmOx/Rh(100).     

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。     

甲醇在Pt-Co(111)/C表面吸附和分解的量子化学研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Pt-Co(111)/C表面top、fcc、hcp和bridge位的9种吸附模型进行了构型优化、能量计算,结果表明fcc-Pt2Co位是较有利的吸附位.Co掺杂后整个体系的态密度略向低能方向移动,费米能级的位置发生了右移导带增宽,表明掺杂后的Pt/C具有更强的氧化能力.考虑催化剂抗中毒性能时发现:CO在Pt-Co(111)/C表面的吸附能比相应各位置上甲醇的吸附能均要低,说明Pt-Co(111)/C确实具有较好的抗CO中毒化能力;甲醇在Pt-Co(111)/C表面的解离过程也发现:该催化剂使得甲醇催化氧化反应的进行比在气相中断裂H—O键所需要的能量降低了296.0 kJ/mol,说明在Pt-Co(111)/C面反应较容易发生,因此碳负载Pt-Co合金是催化氧化甲醇较好的催化剂.