NO在Ru（1010）和Cs／Ru（1010）表面上吸附的ARUPS研究

１５０Ｋ的低温下，ＮＯ在清洁的Ｒｕ（１０１０）表面的吸附，Ｈｅ－Ⅱ－ＡＲＵＰＳ显示在Ｅｆ以下９．３ｅＶ（σ＋１π）和１４．６ｅＶ（４σ）处有两个峰，表明ＮＯ在Ｒｕ（１０１０）表面上是分子吸附。     

原子氢在Si(100)表面吸附的FI-STM研究

高性能的场离子-扫描隧道显微镜(field ion-scanning tunneling microscope简称FI-STM)已成功地用于原子氢在Si(100)2×1表面的化学吸附过程的研究。结果表明,在小于6L低的氢暴露量下,氢原子通常是吸附在Si的二聚原子列(dimer rows)的顶部。随着氢暴露量的增加,先后出现Si(100)2×1:H单氢化物相(monohydride)和Si(100)1×1::2H双氢化物相(dihydride)两种表面结构。氢饱和的Si表面的热脱附研究表明,当样品被加热到590K时,表面结构并无明显变化;而到达670K时,则表面的(1×1)双氢化物相消失;当温度升高到730K时,(2×1)结构的二聚原子列又重现于表面,而且在Si衬底的台阶上出现许多错列的吸附原子链。这些原子链垂直于原先的Si的二聚原子列的方向,因此被认为是由Si的氢化物热解产生的Si原子在Si(100)表面的有序化排列。     

Au(111)电极表面溴离子吸附诱导的表面应力的理论研究

以Br~-为例,应用格子气模型,建立了阴离子吸附层对Au(111)电极表面应力贡献的统计热力学理论,计算了吸附层Br~-间的相互作用能及表面应力的贡献.计算结果表明,总的表面应力是压缩性的;在高覆盖度区域,表面应力与覆盖度近似呈直线关系;在表面吸附层应力的多种物理起源中,通过底物的分子间作用力有着决定性的贡献,揭示了分子的吸附能间接地起着重要作用.     

O2／Si（100）非重构表面LEPS相互作用势模型

对双原子分子Ｏ２与非重构Ｓｉ（１００）表面相互作用的ＬＥＰＳ半经验势模型进行了研究，其中表面作为具有波纹度的刚性表面进行处理。确立了系统的势能超曲面，得到的表面吸附特性Ｐ、Ｖ、Ｓｍｉｔｈ等人基于ＡＳＥＤ－ＭＯ方法的研究结果进行了定量对比分析。对不同入射条件下的分子－表面相互作用势也进行了研究。     

SrO分子在GaN(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

建立了SrO/GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法对SrO分子的吸附生长进行了计算,详细研究了SrO分子在表面的吸附位置、吸附能及表面化学键特性。计算发现,SrO分子在GaN(0001)表面吸附不会发生分解,最稳定吸附位为Ga桥位,吸附能达到7.257~7.264 eV。通过电荷布居数和态密度分析,SrO分子吸附后O与表面的一个Ga原子形成的化学键表现出共价键特征,电子由SrO转移给表面部分Ga原子,GaN(0001)仍存在表面态。     

O2／Si（100）非重构表面相互作用过程的准经典轨迹研究

采用准经典轨迹计算方法对双原子分子Ｏ２与非重构Ｓｉ（１００）理想表面的散射过程进行了动力学研究。计算结果解释了氧分子与半导体表面相互作用中的能量传递机理，验证了前面工作所得到的ＬＥＰＳ半经验模型势的合理性。     

甲烷在硅(110)圆孔表面物理吸附特征的对比

基于第一性原理广义梯度近似的方法(GGA)对比研究了甲烷分子在多孔硅(110)不同位置分布的圆孔表面物理极化特征.计算结果表明:相邻孔的位置分布及其内部吸附的甲烷分子间的作用会影响甲烷在圆孔表面的吸附特征.吸附后甲烷的C-H键布局增加,C-H键长变化很小,圆孔表面硅原子的少量电子转移至甲烷,甲烷成键轨道的态密度的离域性增加.同时发现单个甲烷分子在竖直分布圆孔表面吸附时,甲烷吸附能较大而且系统的结构相对稳定.     

用密度泛函理论研究汞在CeO_2(111)表面的吸附

采用密度泛函理论计算了Hg、HgCl、HgCl_2在CeO_2(111)表面的吸附构型、吸附能和态密度。结果表明,Hg在CeO_2(111)表面属于弱化学吸附。HgCl与CeO_2(111)表面为强化学吸附,是反应的重要中间体。HgCl_2在CeO_2(111)表面是物理吸附,易发生解离,脱除。氯对于汞的吸附和氧化产生较强的影响,这与实验结果相一致。基于计算结果,得到汞在CeO_2(111)表面的反应机理。     

基于第一性原理研究H2O分子在双相TiAl合金表面的吸附行为

为研究电场作用对H2O分子在γ-TiAl和α2-Ti3Al表面的吸附行为影响,采用第一性原理方法对H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面不同吸附位置的吸附能、态密度、几何结构、电荷布局进行分析。结果发现,H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面上的top Ti位置吸附最为稳定,但电场更容易促进H2O分子与α2-Ti3Al（0001）表面的相互作用,即α2-Ti3Al更易与H2O分子发生反应,从而优先形成Ti的致密氧化膜,致使α2-Ti3Al被保护。探究γ-TiAl和α2-Ti3Al单相具有相同溶解速度的条件,对提升双相（γ-TiAl和α2-Ti3Al相）TiAl合金电解加工表面质量具有十分重要的意义。     

TiCl4和O2在金红石型TiO2(110)表面的吸附机理

基于密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)下的BLYP、PBE泛函,研究了TiCl_4、O_2在金红石型TiO_2(110)晶胞表面上不同位点的吸附,以及TiCl_4和O_2分子共吸附后在最稳定吸附构型上的解离过程。结果表明,O_2分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为氧空位,O_2分子吸附在氧空位后,其中一个O原子与Ti5c原子成键形成桥位氧(O_(bri));另一个O原子形成O增原子(O_(ada)),吸附能为-11.58 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明O_2分子向表面转移了0.12 eV电荷;TiCl_4分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为桥氧位,吸附能为-48.64 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明TiCl_4分子向晶胞表面转移了0.26 eV电荷;TiCl_4与O_2在各自最佳的吸附位上吸附后,TiCl_4分子在O增原子(O_(ada))的作用下按—TiCl_4→—TiCl_3→—TiCl_2→—TiCl的主要路径发生解离,在TiCl_4分子解离过程中,正反应方向上的活化能垒均小于逆反应方向上的活化能垒,说明TiCl_4分子的解离过程为放热反应。     

Ni/TiO2（110）表面甲烷重整反应生成CO和H2反应机理的第一性原理研究（英文）

基于密度泛函理论(DFT)计算,本文研究了Ni/TiO2(110)表面甲烷重整反应的机理,揭示了固体氧化物燃料电池中TiO2基阳极较传统ZrO2或者CeO2基阳极材料具有良好抗积碳性能的重要原因.本文对六种不同的甲烷重整反应路径(干燥和湿润的气氛环境)进行了详细研究,阐明了TiO2,Ni/TiO2界面和水分子在甲烷重整反应中的作用以及Ni/TiO2基阳极抗积碳性能的来源.经过计算发现,在干燥和湿润的环境下,碳原子和界面的TiO2晶格氧反应生成CO,以及后续水分子吸附和解离在界面的氧空位上并提供反应所需O原子是甲烷重整反应的主要路径(C-O路径),而水分子直接参与C原子或者CH基团的氧化反应则要困难很多.值得注意的是,在研究的六种反应路径中,CO从反应表面的脱附都非常困难,需要约2.3 eV的能量才能使得其脱附.因而造成大量表面反应活性位点被占据,这是目前很多阳极材料不具备抗积碳性能的一个重要原因.然而,在湿润环境中,水分子的吸附放热大大降低了整个反应体系所需能量,尤其是本文中水分子在TiO2表面的快速解离吸附更是大大降低了整个反应体系的能量.进一步研究发现,水分子在Ni,YSZ和CeO2表面的吸附解离要比在TiO2表面困难很多.这也是TiO2基阳极材料具有较好抗积碳性能的一个重要原因.本研究对于指导合成碳氢燃料气氛下具有优异抗积碳性能的固体氧化物燃料电池阳极材料具有重要的意义.     

分子束研究气体分子在表面吸脱附动力学

分子束技术与表面电子谱、气体质谱分析技术相结合,形成分子束-表面散射谱,它是研究气体-表面相互作用动力学的有力工具.它的主要突破在于从分子(原子)量度来揭示诸如表面吸附、脱附、催化、腐蚀和能量适应等气体-表面作用过程.本文首先概述了表面吸附、脱附过程及类型,接着叙述了本实验室自行研制的分子束-表面散射装置的总体设计及用来研究表面吸脱附的实验技术.最后举例说明分子束技术在研究表面吸脱附中的应用.     

第一性原理方法探讨氮气在UO2(111)表面的吸附行为

采用第一性原理计算模拟方法对氮气分子及原子在UO2(111)表面的吸附行为进行了系统的研究。计算结果表明,N2在UO2(111)表面倾向于以分子吸附的形式存在,其最稳定的吸附构型为分子中心位于氧原子顶部或三重洞位的情形。两种构型下的N-N键的两端均指向相邻的另外两个高对称吸附位置。对于氮原子的表面吸附,发现其位于第二子层的铀原子的上方时最为稳定,吸附能为-4.792eV,为较强的化学吸附。而对次表面吸附的考察发现,氮原子嵌入最外氧原子层时的稳定性高于表面上吸附的情形。态密度分析表明,对于氮原子吸附,N 2p与U 5f电子态在费米能级附近有非常明显的轨道杂化,表明氮原子主要与铀原子发生了化学作用,N-U键存在共价成分。