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.     

氮化铟(0001)干净和缺陷表面结构研究

利用第一原理研究了纤锌矿结构InN(0001)表面结构.用两种势(US-PP和PAW)对氮化铟晶格常数优化,用US-PP势计算值和实验值符合的更好.US-PP势总能计算表明氮吸附在InN(0001)面的(2×2)结构H3位最稳定,铟吸附在InN(0001)面的(1×2)结构T4位最稳定.InN(0001)表面容易形成铟层,氮空位很可能是造成n型InN的高载流子浓度的施主.     

多元合金化对γ-TiAl(111)表面氧吸附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,研究了合金化对γ-TiAl合金(111)表面氧吸附的影响机理.结果表明,氧于γ-TiAl基合金表面的吸附是化学吸附,Nb与Si共同掺杂使吸附更容易发生.氧与表面Al和Ti间同时存在共价和离子键作用.且总的作用差别并不大,这就使得TiAl金属间化合物氧化时,能够同时生成TiO...     

铟吸附氢钝化Si(100)表面的结构和稳定性研究

采用第一性原理理论研究了In吸附氢钝化的Si(100)面的结构和稳定性.对In原子吸附结构的计算表明不同的重构表面其吸附结构也是不同的:In在H/Si(100)-(2×1)面的吸附能高于In在H/Si(100)-(1×1)面的吸附能;由于氢原子对硅表面的钝化作用,使得In在Si衬底的外延生长被破坏,In原子易在衬底表面形成团簇.对In原子是否会向衬底扩散并与H原子发生交换的研究结果表明:In原子吸附于H/Si(100)表面比与H原子发生交换具有更稳定的能量.因此,在平衡条件下,In原子不会与H原子发生交换.     

SP~3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:NOC,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3H2OCH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为NOC,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.     

SnO2(110)表面In掺杂对NO2气敏吸附性能提升的理论研究

为了阐明In的掺杂能提高SnO₂(110)表面气敏性能的反应机制,采用密度泛函理论研究了NO₂分子在In掺杂SnO₂(110)表面的吸附行为. 计算结果表明:In的掺杂可以提高材料表面的导电性,形成具有氧空位的缺陷表面,有利于发生活性氧在表面的预吸附过程. 掺杂的In_5c/SnO₂(110)表面对NO₂表现出良好的吸附性,对NO₂气体的选择性和灵敏度提高的主要原因是In掺杂后氧空位缺陷表面的形成. 此外,活性氧物种的预吸附对材料表面气敏性能的影响取决于NO₂在材料表面的具体吸附位点,其中Sn_5c位点的吸附促使电荷从表面转移到气体分子,导致表面电阻的增大以及氧空位的产生,从而表现出优异的气敏吸附性能.     

In极性面InN的生长动力学行为

采用第一性原理模拟计算方法,从原子层面出发,了解InN的生长动力学行为.通过计算N和In原子于不同覆盖度下In极性表面的top、h3以及t4位置上的形成能和扩散势垒,了解沉积原子的相互作用和成核.结果表明,In原子比N原子更容易在干净的In极性表面吸附、粘接,并通过扩散找到稳定位置,形成一个较致密的双In原子层.模拟计算了N和In原子在双In原子层和三In原子层表面的扩散,结果显示,在稳定的双In原子层上,N原子将通过垂直扩散穿过顶部In原子层,并在两In原子层表面之间横向扩散,形成纤锌矿结构的InN材料;然而,In原子虽然可形成三In原子层或In滴,其上沉积的N原子也仅能垂直扩散穿过顶部In原子层,长成新的InN分子层,与InN基底间存在双In原子层或更厚的In薄膜,形成不完整的纤锌矿结构InN薄膜.在此基础上,我们提出一新的InN外延两步生长法,以在生长过程中尽量保持表面只存在双In原子层结构,为高质量InN薄膜的外延提供理论依据.     

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。     

嵌段型超分散剂在固/液界面的吸附机理

嵌段型超分散剂PSE是一种新型、高效分散剂.作者通过吸附等温线、红外光谱分析等测试手段及理论计算,研究了PSE在SiO2和滑石固/液界面的吸附特性及吸附形态.研究结果表明,PSE在SiO2表面发生了化学吸附,其作用模型为SiO2表面的-OH与PSE的硅醇基化学键合形成桥氧键;PSE在滑石解离面的主要吸附机理是PSE的硅醇基与滑石解理面上的氧原子形成氢键;当PSE浓度低时,超分散剂PSE在颗粒表面发生多位吸附,即锚固段和溶剂化段同时吸附在颗粒表面;当PSE浓度高时,超分散剂PSE锚固段卧式吸附在颗粒表面,溶剂化段伸入水中,属于单层吸附.     

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.     

S钝化InN（OO1）面第一性原理研究

III族氮化物半导体是性能优越的半导体材料，在光电子器件方面已有重要的应用，特别是InN具有较小的有效电子质量，较高的室温电子迁移率以及具有半导体中最高的饱和电子漂移速度，被认为在低损耗高效电池及特殊探测器方面具有巨大的应用前景，这就引起了人们越来越多的关注．然而，几乎所有直接生长的InN薄膜都是”型的，薄膜中氧含量相当高，氧含量最高接近10%，体材料被严重污染．近年来，自从San—droff发现通过S对GaAs（001）进行简单的化学处理以后，使GaAs表面的电子性质得到了很大的改善.     

CO2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为

五边形石墨烯具有多种优秀的特性,其较大的比表面积和非直接带隙可能有利于气体分子的吸附. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,逐步研究了两种常见的气体分子CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为. 根据五边形石墨烯的结构特点,以及CO₂和CO的分子形态,CO₂总共有四种吸附方式,而CO则有六种吸附方式. 通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度和态密度、分波态密度等指标,探究这两种气体分子不同方式的吸附情况. 结果显示,气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显的影响. 而且在同种情况下,CO普遍比CO₂分子有更好地吸附效果. 但由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附.     

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.     

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。     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

环丙烷在铜表面解离吸附过程的理论研究

采用密度泛函理论研究了吸附在铜表面的环丙烷的解离吸附过程.环丙烷在大约10eV能量的照射下被激发到第一激发态,处于激发态的分子与铜表面相互作用,电子从铜表面向环丙烷转移使环丙烷的碳碳键活化.根据对各种可能中间态的能量分析,提出了环丙烷在铜表面解离吸附的可能路线,计算的结果证实最稳定的吸附物种是含两个铜原子的五元环化合物.     

MgO(001)表面掺杂过渡金属Au/Pt吸附CO的理论研究

采用密度泛函理论DFT/B3LYP方法研究掺杂了Au和Pt原子的MgO(001)表面吸附CO分子的吸附性质,通过对吸附体系的优化、能量和电子性质等的计算,结果表明,对于MgO完美表面,掺杂Pt比Au更容易吸附CO分子;在MgO(001)表面不同氧缺陷位(O5c/O4c/O3c),掺杂了Au和Pt原子后吸附CO分子的能力依次分别为:O_(3c)O_(5c)O_(4c)和O_(5c)O_(3c)O_(4c),掺杂了Pt原子的O5c位吸附能最低。可知Pt原子的掺杂及氧缺陷的MgO(001)表面,有利于吸附CO分子。     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

乙二醇在Pt及其Sb, S修饰电极上的吸附氧化过程

研究了0.1 mol L -1 H2SO4中乙二醇在Pt电极和以吸附原子修饰的Pt (Pt/Sbad和Pt/Sad)电极上的吸附和氧化过程. 结果表明, 乙二醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系. Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧,可显著提高乙二醇电催化氧化活性. 与Pt电极相比较, Sb吸附原子修饰的Pt电极使乙二醇氧化峰电位负移了0.20 V, 峰电流增加了近3 倍. 相反,Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种,几乎完全抑制了乙二醇的电氧化.     

铂铑合金电极上氧吸附特性的研究

采用快速动电位扫描方法对ＰｔＲｈ合金电极上氧的吸附过程进行了研究。结果表明,ＰｔＲｈ合金电极上氢的吸附是在接近平衡状态下进行的,而氧的吸附过程却是一个不可逆过程。随着合金电极当中Ｒｈ的含量的减少,氧的吸附峰的位置很明显地朝阳极方向移动。对ｗ（Ｒｈ）＜５０％的合金电极,其氧的吸附峰已经基本上与Ｐｔ电极的相重合。同时,在同一电极电位下,化学吸附氧的数量却随着合金当中Ｒｈ的含量的增加而明显增多。此外,还对合金电极表面预处理方法不同对其动电位ｉ,φ电线形状以及氧的解吸峰位置的影响进行了探讨。