金属Al、Cu钝化机理电子理论研究

通过计算机编程建立水吸附Al和Cu的模型,利用实空间的Recussion方法分别计算了Al和Cu被H2O吸附前后系统的状态密度和能量变化,及表面金属原子与其近邻原子间的键级积分,并将两个计算结果进行比较.从结果中分析,金属原子的电子转移到H2O分子的O原子上.水吸附金属表面后,状态密度有所下降,次表面原子几乎不受影响,系统总能降低,系统变稳定.H2O使金属表面化学活性降低,并从键级积分计算结果中讨论了Al和Cu钝化膜的形成机理:水通过氧与金属表面原子成键后,表面金属原子与次表面原子作用增强,水中氧和氢原子相互作用改变的不同导致形成不同的钝化膜.     

简立方晶体(110)面的化学吸附能及由吸附所引起的表面态密度变化

本文利用W.HO等人所用的LCAO及Green Function(GF)方法计算了简立方晶体(110)面的化学吸附能及由吸附所引起的表面态密度变化,并对它们随吸附原子与表面之间的相互作用势v′及孤立吸附原子能级Ea而变化的特征进行了分析,而且还与简立方晶体(100)面的结果进行了比较。     

基于第一性原理的氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀特性分析

为了阐明氯盐环境对混凝土中钢筋锈蚀反应的影响机理,采用基于密度泛函理论(DFT)中的第一性原理,运用CASTEP软件包建立了O2分子与Cl原子在Fe(100)表面的吸附模型,研究了Cl原子的存在对O2分子吸附于Fe(100)表面的吸附能、几何结构和表面电子特性的影响.结果表明,Cl原子的存在会增大O2分子与Fe(100)表面之间的吸附能和O2分子键长,减小O原子之间共价键,从而促使O2分子向基底表面靠近,并使得铁基底更容易失去电子,同时增大了Fe原子层向O原子的电子转移量.因此,Cl原子的存在会导致O2分子与基底Fe原子的相互作用增强,从而促进了O2分子的裂解以及基底表面原子间的成键,进而从微观尺度上证明了氯盐环境会显著促进混凝土中钢筋锈蚀氧化反应.     

C原子在Cu(200)表面吸附的第一原理研究

采用第一原理密度泛函理论研究了C原子在Cu(200)表面吸附后的几何结构和电子结构,计算了C原子在Cu(200)表面的吸附能、Cu(200)表面的局部结构变化、表面电荷分布以及C原子吸附后的差分电荷密度。研究结果表明Cu(200)表面的Hollow位是C原子的最优吸附位,C原子与Cu原子之间形成化学键,在C原子和Cu表面之间存在电荷转移。     

吸附在Si (001)表面二聚体相互作用的分子动力学模拟

采用Stillinger-Weber原子间相互作用势,对吸附在Si(001)表面上的二聚体之间的相互作用进行了分子动力学模拟.通过对它们之间相互作用的分子动力学模拟,发现不同的二聚体之间相互作用会形成不同类型的四聚体结构.本文给出两种通过二聚体之间的相互作用形成四聚体结构的途径.模拟还发现这样的四聚体结构在一定温度下是相当稳定的,而且它们的结合位形类似于B型台阶,有利于吸附新的原子形成外延层.     

不同晶向Cu纳米线结构和电子特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统研究了[100]、[110]和[111]3个低指数晶向不同尺寸Cu纳米线的弛豫结构和电子特性。由于配位数的减少,纳米线表面原子向内收缩且角部区域内的原子弛豫量较大,即存在着"倒棱"现象。纳米线的结合能随着其线径的增加而增加,[110]晶向六边形结构的Cu纳米线最稳定,这与在实验中最容易形成该晶向纳米线的结果一致。纳米线表面原子与其最近邻原子间的相互作用明显增强,因此相对于体相Cu晶体,纳米线的力学性能得以提高。所有Cu纳米线都具有金属性,且其量子电导随着线径的增加而增大。     

Ag在Si(100)表面化学吸附特性研究

本文应用自洽TB-LMTO方法研究银原子在理想Si（100）表面的化学吸附,计算不同位置的吸附能量（Ead）,发现相比Si（100）表面其他吸附位置而言被吸附的银原子更趋附于C位置（四重位）,在Ag原子和表面Si原子之间形成极性共价健,在Ag-Si（100）界面不存在Ag和Si的混合层而是形成突变界面,这与实验结果是一致,计算了层投影态密度并与清洁表面比较,对电子转移情况也进行了研究.相对Au/Si（100）而言,Ag和Si相互作用比Au和Si相互作用要弱.     

含有氧杂质Cu单原子链的力学和电子特性

基于第一性原理计算研究了一维Cu线性原子链与氧原子和氧分子的相互作用,给出了包含氧杂质的原子链系统的力学和电子特性.氧原子和氧分子与原子链中的Cu原子间形成稳定的强化学键,所形成的Cu—O键具有离子键特性.在轴向应力拉伸过程中,包含氧杂质原子链的断裂一般发生在远离氧原子或氧分子的Cu—Cu键处,因此,合适的有氧环境会有助于形成稳定的Cu原子链.     

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。     

Cu纳米线弛豫结构和电子性质

在广义梯度近似下,利用密度泛函理论框架下的第一原理投影缀加波赝势方法,研究了横截面为3×3、5×5、7×7、9×9和11×11原子层Cu纳米线的弛豫结构和电子性质.结果表明,5种尺寸纳米线的弛豫结构仍然有四重对称性.纳米线表面外近邻原子的消失一方面使表面原子间以及表面原子与它们的第一近邻原子间的相互作用增强,另一方面使表面原子的大多数电子位于占据态的高能量区域.     

First-principles investigation on initial stage of 2H-SiC(001) surface oxidation

We present comprehensive first-principles calculations on the initial stages of SiC oxidation by atomic oxygen on the 2H-SiC(001) surface. In order to study the kinetics of oxygen incorporation at the 2H-SiC(001) surface, we investigated adsorption and diffusion of oxygen atoms and SiO₂ nucleation. The adsorption sites, corresponding to the local minima of the potential energy surface (PES) for isolated adatoms, were identified through a comparative study of the adatom binding energy at different locations. We found that the Bridge (siloxane) site is preferred over other adsorption sites. There is no energy barrier at 0K for oxygen insertion into this site. The diffusion energy barriers that the adatom has to overcome when jumping between two adsorption sites were calculated. The premises of silica nucleation were investigated by calculating the modifications of the oxygen atom binding energy due to the interaction with neighboring adatoms. Supported by Snecma Propulsion Solide (Contract FPR No. 0539298A), Natural Science Foundation of China (Grant No 50802076) and Flying Star Program of Northwestern Polytechnical University of China     

1-D链配位聚合物[Cu(C5H5N)2Cl2]n通过氯离子(μ-Cl-)桥连构建

在标题配位聚合物[Cu(C5H5N)2Cl2]n中,每个铜离子与4个氯离子和2个吡啶氮原子配位,形成[4 2]拉长的八面体几何构型.其中2个铜离子通过μ-Cl-桥连中心对称的二聚体,同时二聚体再通过μ-Cl-桥连,得到1-D链沿着a-铀方向延伸,这种无限1-D链进一步通过氢键C-H…Cl相连,在(001)平面内得到2-D网状的超分子.     

Microstructure controlling of Ti／N particles dissipated energy to superficial layer of titanium nitride film

The titanium nitride (TiNx) thin film with a controllable surface structure was fabricated by the dc-reactive magnetron sputtering technique, and the variation of microstructure in the surface layer with the energy of condensed adatom was investigated through X-ray diffraction (XRD) pattern and transmission electron microscope(TEM). It was found that the lattice parameters and the full width at half maximum (fwhm) of XRD peak on the top layers in the preferred orientation of (111) and (002) were closely correlated to the impacting induced phase composition, compressive strain, crystallite size and the fault density of the thin films. In the theory, a new means was used to model the atomistic process of per condensed adatom. The average energy at least in the minimum energy state of the incorporate adatom on TiN surface layer was statistically formulized through a careful consideration of dynamical process, which properly interpreted the experimental observations.     

量子化学从头计算法计算石墨微晶中碳原子的净电荷

采用从头计算法在RHF/STO-3G水平上对石墨微晶中不同位置碳原子的净电荷进行量化计算;研究碳原子的净电荷与炭材料的微观结构变化规律;根据石墨的结构与成键特征,将石墨表面的碳原子分为边缘碳原子与基平面碳原子.研究结果表明：在单碳层及含多层碳的石墨微晶中,不同位置碳原子的净电荷数差别较大;基平面碳原子的电子云密度较小,均带部分正电荷;部分边缘碳原子的电子云密度较大,净电荷为负.随着平行于碳层的微晶尺寸La及垂直于碳层的微晶尺寸Lc的增大,边缘碳原子中电子云密度最大的碳原子所带的负电荷增加.     

Cu掺杂TiO_2(101)和(001)面调制效应的第一性原理研究

文章采用周期性密度泛函理论,研究了Cu掺杂于锐钛矿TiO_2晶体、吸附和掺杂于TiO_2(001)和(101)表面及次表面后晶体结构的变化及形成能,并讨论了能带结构及态密度的变化.通过形成能的比较发现,Cu最佳掺杂位为TiO_2(001)表面空穴位,且掺杂后TiO_2禁带宽度明显减小并出现半金属性.通过态密度分析可以看出最佳掺杂位Cu-O之间发生较强p-d杂化,证明CuO相的出现.上述结果与实验吻合较好,有效揭示Cu掺杂TiO_2的微观机理     

金属薄膜裂纹扩展的分子动力学研究

研究了冲击载荷作用下金属薄膜表面裂纹扩展的微观机制,采用分子动力学方法对Cu薄膜进行模拟计算,求得冲击载荷作用下带有表面裂纹模型的系统动能、应力、应变及微观结构变化图.当系统从压应力转变为拉应力状态时,裂纹上的原子获得较大动能,裂纹尖端原子开始发生溅射,继而晶格内部出现空位.当拉应力达到364385MPa时,空位扩大形成裂尖钝劈现象,裂纹发生扩展.结果表明:在高速冲击载荷作用下,金属薄膜裂纹扩展主要原因是系统能量和应力的变化使得微裂纹尖端出现钝劈损伤.     

μη2:η2［Cu2O2］2+和Bis(μoxo)［Cu2O2］2+的密度泛函理论研究

酪氨酸酶是一种能氧化酪氨酸残基为对苯醌的生物活性酶,其活性部位含有双铜核心并参与氧化还原反应.实验证明这两个铜核心易与氧气结合生成两种异构体μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ), 且它们具有不同的电子结构和化学性质.用量子化学密度泛函理论对乙(撑)二胺和乙腈配合的μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ)进行了理论研究,结果表明该两种异构体能量差别较小,相互转化的势垒较低.μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)中的Cu-O主要是离子键,Cu2O2呈“Z"构型     

Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面吸附的密度泛函研究

为探究Mn(Ⅱ)在伊利石表面的吸附机理,采用密度泛函理论(DFT)模拟Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面的吸附,研究了活性位、吸附构型、电荷和态密度。结果表明:在(001)面,Mn(Ⅱ)优先吸附于硅氧环空穴处,且与活性氧O_S1形成1个共价键,吸附能为-262.55 kJ/mol;在(010)面,Mn(Ⅱ)与羟基基团的氧原子形成1~3个共价键,随着共价键数量的增加,吸附能增大,吸附的最稳定构型为Mn(Ⅱ)吸附于3个≡Al—OH基团之间的空穴处,吸附能为-533.62 kJ/mol;Mn(Ⅱ)与(001)面和(010)面均存在共价键作用和静电作用,在(001)面的吸附能小于(010)面,且与(001)面以静电作用为主,与(010)面以共价键作用为主;Mn(Ⅱ)与伊利石表面共价键的形成主要是Mn(Ⅱ)的4s轨道与表面O_S的2p轨道间的相互作用。研究结果可为黏土吸附材料的开发和污染土壤的净化提供理论基础。     

氢在镍晶面上的吸附态研究

应用EHMO法研究镍上吸附氢的各种可能吸附态.结果表明,晶面上吸附氢原子(H~*)的势能变化均呈Morse函数形式,而由结合能计算值确定的相对有利吸附位,优先吸附面以及吸附热和扩散活化能等方面大体均能说明多数实验事实.