Zr(0001)表面氢吸附机理的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用平面波赝势方法,研究了H₂分子在Zr(0001)晶面的表面吸附。通过研究Zr(0001)/H₂体系的吸附能、稳定吸附构型和电子结构,阐明了Zr(0001)表面吸氢反应的微观机制。结果表明：H₂分子在Zr(0001)表面的最稳定吸附位为面心立方(fcc)位,其吸附能为0.899eV,解离的H原子最终稳定吸附在Zr(0001)表面的穴(hollow)位和面心立方(fcc)位。被吸附H原子与Zr(0001)表面间出现了大量的电荷转移,同时,H原子的1s轨道和Zr原子的5s、4d轨道出现杂化,表明H₂分子解离吸附后H原子与表层Zr原子间同时存在离子键和共价键。此外,研究了覆盖度对吸附能的影响,吸附能随覆盖度的增大而增大,当覆盖度达到4/5ML时,氢分子解离后有一半的氢原子吸附到Zr(0001)的亚表面。     

氢分子在Mg(0001)表面的吸附与解离性能研究

采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法,研究了氢分子(H2)在清洁、空位缺陷及Pd原子吸附的Mg(0001)表面的吸附与解离性能.结果显示:H2在清洁Mg(0001)表面呈较弱的物理吸附,H2解离需克服较高的能垒(1.3774 eV);空位缺陷的存在增强了Mg表面对H2的物理吸附能力,且使H2的解离能垒(1.2221 eV)有所降低;而清洁表面吸附的Pd原子则会与H2产生强烈的化学吸附作用,极大地降低了H2的解离能垒(0.2860 eV).电子结构分析发现:3种表面对H2吸附与解离的催化活性与Mg(0001)表面最上层与H2直接产生吸附作用的金属原子在费米能级(EF)附近s轨道的成键电子数密切相关.     

O2 在不同终端Fe31MnC(001)表面吸附与解离的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法（GGA）研究了氧分子在 Fe31MnC(001) 表面的三种不同吸附位（顶位,桥位和面心间位）的吸附行为和C对Fe31Mn磁性的影响。通过吸附能结果发现,氧分子倾向于垂直吸附在四配位饱和的空穴位,而氧原子强烈吸附在相邻的四配位空穴中。以Mn为表层原子的表面均发生了氧分子的解离吸附,桥位吸附对应的吸附结构最稳定。C原子增加了基体的磁化强度杂化,抑制近邻Fe和Mn原子之间的反铁磁相互作用。     

SO_2和H_2O在Cu(100)表面共吸附行为的密度泛函计算(英文)

利用基于密度泛函GGA-r PBE方法的平板模型研究SO2和H2O在面心立方金属Cu(100)表面的共吸附行为。SO2和H2O在Cu(100)表面单分子吸附的计算结果表明,在覆盖度为0.25分子层和0.5分子层的情况,二者均不能以化学键的形式吸附在Cu(100)表面上。针对SO2和H2O在Cu(100)表面的共吸附行为,计算弛豫后的吸附结构、吸附能和电子性质(包括差分电荷密度、价电荷密度、Bader电荷分析和分态密度分析)。结果表明,覆盖度为0.25分子层时,H2O和SO2以化学吸附的形式各自吸附在表面不同Cu原子上;覆盖度为0.5分子层时,H2O分子解离成OH和H,OH吸附在表面Cu原子上,而H与SO2键合后共同远离表面。     

H2在Mo(001)表面吸附的第一原理研究

采用第一原理的密度泛函理论(DFT)计算了H2分子在Mo(001)表面的吸附,得到了吸附构型的各种参数,并且计算了H2分子在Mo(001)表面3个位置(顶位,桥位,穴位)吸附后的能量,结果表明在穴位吸附能最高。分析了H原子与Mo原子最临近距离dH-Mo与H2分子的键长在吸附前后的变化;通过对H2分子及在Mo(001)表面吸附的态密度图的分析,最后得出吸附主要原因是由于H2分子的1s轨道与Mo的4d轨道发生相互作用。     

唑类缓蚀剂在铜表面的吸附机理

目的对比三氮唑(TA)和苯并三氮唑(BTA)两种缓蚀剂的缓蚀性能,明确两种缓蚀剂在铜表面的吸附类型,并从实验和分子模拟角度解释其吸附机理。方法采用动电位极化曲线法测试两种缓蚀剂的缓蚀效率,采用吸附等温拟合方法确定两种缓蚀剂的吸附类型,采用分子模拟中的量子化学计算方法计算两种缓蚀剂在铜表面的吸附能、形变电荷密度和分波态密度等参数,深入揭示其吸附机理。结果在不同浓度下,BTA的缓蚀效率均大于TA。两种缓蚀剂浓度与覆盖度的关系符合Langmuir吸附模型,其吸附自由能介于-35~-37 k J/mol之间。BTA在铜表面的吸附能绝对值(顶位为4.41 e V,桥位为4.36e V)要大于TA的吸附能绝对值(3.28 e V),吸附过程发生了明显的电荷转移,电子云处于两个成键原子之间,且N原子s,p轨道与Cu原子d轨道发生重叠。中性和质子化形式的两种缓蚀剂分子均可在铜表面发生平行吸附。结论由于BTA在铜表面的吸附能力强于TA,因此BTA的缓蚀性能优于TA。两种缓蚀剂在铜表面既能发生化学吸附,又能发生物理吸附。化学吸附是由于N原子的s,p轨道与Cu原子d轨道相互作用所致,物理吸附是由于中性分子的范德华相互作用和质子化分子的静电相互作用所致。     

球磨条件下Fe合金化改善MgH2体系性能的机理

基于密度泛函理论的第一原理方法,通过计算清洁、空位缺陷Mg(0001)表面吸附氢分子(H2)前后以及Fe合金化镁氢化合物(MgH2)体系的能量与电子结构,对球磨条件下Fe合金化改善MgH2体系性能的原因进行初步探讨。结果表明:与清洁Mg表面相比,由于球磨改变了Mg颗粒的表面结构,使Mg表面产生较多缺陷,而缺陷的存在增强了H2的物理吸附能力,并且Mg表面向H2转移的电荷数增多,因而体系球磨后具有较好的吸氢性能;而在Fe合金化MgH2体系中,Fe固溶于MgH2中形成(MgFe)H2固溶体和合金化形成少量Mg2FeH6相,MgH2系结构稳定性均降低,对应体系解氢性能增强。分析电子结构发现:空位缺陷有助H2吸附于Mg表面,与Mg(0001)表面最上层与H2直接产生吸附作用的金属原子在费米能级(EF)附近s轨道的成键电子数密切相关;在Fe合金化MgH2体系中,与合金化元素Fe近邻的H原子形成空位的难度增加,H原子较难释放;与Mg近邻的H原子形成空位的难度减少,H原子容易释放;Fe合金化导致Mg-H之间存在较弱的成键作用,因此,MgH2体系的解氢性能得到提高。     

Al3V表面氧吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了低指数Al3V表面的表面能，分析其稳定性；然后采用最稳定表面研究了Al3V表面的O吸附行为以及合金元素的影响。结果表明，终止于Al原子的(110)面是最稳定的表面。O原子倾向于吸附在(2×1)-(110)-Al表面桥位，且随着覆盖度增加，O吸附的稳定性增加。从DOS分析和O与表面各原子的间距可以推断，该表面在氧化的初始阶段发生Al的氧化和V的内氧化，氧化后有可能形成具有保护性的Al2O3膜。合金元素Ti和Cr均倾向于占据表面第2层V原子位，且都促进O原子在表面的吸附，但2者的作用机制不同，Ti与O相互作用较强，从而降低了Al与O的相互作用，在氧化过程中Ti与Al有可能同时氧化，从而形成Al和Ti的混合氧化物；Cr对于Al和O的相互作用有微弱的增强作用，使得O的吸附更加稳定，可能会促进Al的氧化，从而形成保护性的Al2O3。     

镀镍界面吸附能与电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对Ni在Fe(100)、Fe(110)和Fe(111)表面吸附前后的能量和电子特性进行研究,计算了Ni在这3个高对称晶面上的吸附能、最小能量结构参数、电荷密度、电荷布居和态密度等数据。结果表明:Ni在3个晶面的H位吸附最稳定,吸附能和吸附强度取决于表面结构。对比3个晶面H位的吸附能、吸附结构及电荷布居,发现Ni原子与表面的相互作用强度按Fe(100)Fe(111)Fe(110)的顺序降低,原子吸附作用强度与不同晶面原子的排列密度有关。吸附粒子与基底原子之间发生了电荷转移,且电荷转移量顺序与能量顺序一致,这说明转移电荷量决定了Ni原子在不同晶面上吸附的稳定性。     

CO_2在δ-Pu(100)表面吸附行为的第一性原理研究（英文）

结合密度泛函理论框架内的周期性平板模型,运用第一性原理计算方法研究了CO_2在δ-Pu(100)表面的吸附行为。结果表明,CO_2分子以C端向下和C-Pu、O-Pu多键结合的方式吸附在δ-Pu(100)表面。吸附类型属于强化学吸附,最稳定的吸附构型是H_1-C_4O_4,此时吸附能为-6.430 e V,吸附稳定性顺序为穴位桥位顶位。CO_2分子主要和表面Pu原子反应,而与其它3层Pu原子的反应较弱。更多的电子向CO_22π_u轨道转移有利于C-O键的弯曲和活化。此外,CO_2分子和Pu原子之间的化学键主要是离子态,反应机理是CO_2的C 2s、C 2p、O 2s和O 2p轨道与Pu 6p、Pu 6d、Pu 5f轨道发生了重叠杂化作用,产生了新的键结构。H_1-C_4O_4构型的功函数变化最小,表明其它电子容易从该构型表面逃逸,且需要的能量最小。