氧分子与黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿表面作用的第一性原理计算（英文）

为了获得黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿的氧化机制,采用第一性原理方法研究氧分子与这三种矿物表面的作用。计算结果表明:氧分子在磁黄铁矿表面的吸附能最大,在白铁矿表面的吸附能次之,在黄铁矿表面的吸附能最小。氧分子在黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿表面都发生了解离。氧原子与黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿的表面原子具有不同的键合结构。由于白铁矿和磁黄铁矿表面与氧作用的原子数较多,因此,氧分子在白铁矿和磁黄铁矿表面的吸附能比在黄铁矿表面的吸附能大。磁黄铁矿表面相对较大的O—Fe键布局值导致氧分子在磁黄铁矿表面的吸附能比在白铁矿表面的吸附能大。     

空位缺陷对氧分子在方铅矿(100)表面吸附的影响

应用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,采用广义梯度近似(GGA)和平面波超软赝势方法,研究空位缺陷对氧分子在方铅矿(100)表面吸附行为的影响,并比较和分析它们及理想表面的Mulliken电荷布居、电子密度差图和态密度等。结果表明:铅空位比硫空位难形成,两种空位缺陷表面对氧分子有强烈的化学吸附作用,其吸附能均高于理想表面的,说明空位缺陷可以促进氧分子在方铅矿表面的吸附。氧分子在理想表面及铅空位表面发生了解离吸附,氧原子与硫原子形成了共价键;氧分子在硫空位表面没有发生解离吸附,氧原子与表面的铅原子表现出较强的离子相互作用力。     

含空位缺陷黄铁矿(100)表面吸附氢氧根和羟基钙的量子化学研究

采用密度泛函理论方法研究硫空位和铁空位缺陷对氢氧根和羟基钙在黄铁矿表面吸附的影响。计算结果表明,铁空位能减弱氢氧根的吸附,硫空位能促进氢氧根的吸附,而铁空位和硫空位缺陷都能增强羟基钙在黄铁矿表面的吸附。氢氧根在硫空位缺陷形成的活性铁原子上的吸附能力比在铁空位缺陷形成的活性硫原子上的吸附能力强。对于羟基钙分子,在硫空位缺陷存在的情况下氧原子与黄铁矿表面铁原子成键,在铁空位缺陷存在的情况下钙原子与周围的硫原子发生作用,从而促进了钙原子在黄铁矿表面空位缺陷处的吸附。     

氧助激光切割钢板的氧分子离解新现象

对于激光氧气切割钢板的氧铁燃烧放热反应,研究人员普遍认为氧以分子状态参与其中,本文围绕氧铁燃烧反应中氧元素粒子具体形态展开研究。通过质谱仪研究发现,部分氧分子在激光金属等离子体的作用下被离解为氧原子;通过光谱仪对切缝高温区域的发射光谱进行分析,发现切缝中的氧分子会被激发和离解生成高能级的氧原子和氧原子离子。本文提出一种新的观点,既参与氧铁燃烧放热反应的氧元素粒子,除了分子态的氧,还有大量的原子态氧和其他高能级氧元素粒子。这一点有别于经典的的氧铁燃烧放热反应理论,有待今后更深入地探讨。     

O2在NiTi合金(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函方法应用赝势基组对NiTi合金（100）表面的电子结构以及氧分子（O2）的吸附和解离过程进行了系统研究．结果表明,Ti原子裸露表面比Ni原子裸露表面反应活性高,02吸附为活化解离吸附,顶位吸附结构最不稳定,易向桥位或洞位吸附转化,桥位吸附对应的吸附结构最为稳定．态密度分析和结构分析表明,氧原子与表面的相互作用主要是由氧原子价轨道和NiTi合金杂化表面轨道贡献．     

铁杂质对闪锌矿表面电子结构及活化影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势法对含铁杂质闪锌矿(110)表面电子结构及铜在闪锌矿表面的吸附进行模拟.计算结果表明:铁杂质与锌原子的替换能均为负值,说明铁很容易替换闪锌表面的锌,且该替换反应对位置不敏感;铁杂质的存在导致表面能带向溶部移动,且在禁带中出现由铁3d轨道的tg和e2g构成的杂质能级,以及硫3p轨道分裂形成的Tamm表面态能级;铁杂质还改变了闪锌矿表面d态和sp态电子的分布;铁杂质的存在有利于闪锌矿表面锌原子与铜发生交换反应,但闪锌矿表面的铁不能与铜发生置换反应,从而减小闪锌矿表面与铜发生交换的总锌位,降低铜对闪锌矿的活化效果.     

空间结构对硫化矿物表面能带结构和电子性质的影响

采用密度泛函理论,计算方铅矿、黄铁矿和闪锌矿的体相及表面电子性质,研究表面空间结构对这3种典型硫化矿物能带结构和电子性质的影响。结果表明:表面结构弛豫导致方铅矿(100)表面带隙变大,表面电子比体相更加活跃;而黄铁矿(100)表面带隙变窄,表面显示出一定的金属性。对3种硫化矿表面原子Mulliken电荷的分析表明,闪锌矿(110)表面和方铅矿(100)表面的电子从体相向表面层转移;而黄铁矿(100)表面的电子则从表面向体相转移。对黄铁矿体相和(100)、(210)和(110)表面具有不同配位数的铁原子的态密度分析表明,铁原子配位数的减少,导致Fe 3d电子能级升高,表面态能级变大。     

Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附作用机理

运用吸附量测定、ζ-电位研究、红外光谱和X射线光电子能谱分析,探讨Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附作用机理。结果表明,在其他实验条件固定的情况下,当溶液的初始pH值大于5时,Mycobacterium Phlei在黄铁矿表面的吸附量远远大于方铅矿;静电作用不是致使Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面产生选择性吸附的主要作用力;Mycobacterium Phlei细胞表面的C、N和O元素通过矿物表面的Fe,Pb和S元素与矿物表面发生了化学吸附,而且与黄铁矿表面元素的作用程度大于方铅矿。矿物的表面结构及其性质、细胞表面基团与矿物表面金属离子的键合作用大小可能是致使Mycobacterium Phlei产生选择性吸附的主要原因。     

乙氧羰基硫代氨基甲酸酯与Cu+离子作用的量子化学计算和FTIR光谱

乙氧羰基硫代氨基甲酸酯(EECTC)最高占据分子轨道(HOMO)主要由硫代羰基中硫原子的px和py轨道组成;最低未占据分子轨道(LUMO)由官能团-O-C(=O)-N-C(=S)-O-中各原子的pz轨道组成,为共轭π键,具有接受和分散电子对的能力.Cu 离子的电子结构为t6e4,具有反馈d电子对的能力.因此,当EECTC与Cu 离子反应时,EECTC可向Cu 离子提供其硫代羰基中硫原子的电子对,形成σ键,而得到电子的Cu 离子也可向EECTC的LUMO提供d轨道电子,形成反馈π键.EECTC及其与Cu 离子的反应产物Cu(EECTC')在HF/3-21G(D)和B3PW91/6-31G(D)水平的量子化学计算和FTIR光谱数据结果表明,EECTC通过其C=S硫原子和C=O氧原子与Cu 离子结合,生成六员环螯合物,同时N-H键断裂,释放出H 离子.     

巯基苯骈噻唑在黄铜矿和闪锌矿表面的吸附机理:第一性原理分析和光谱研究（英文）

通过红外光谱分析和密度泛函理论对2-巯基苯骈噻唑(MBT)与黄铜矿和闪锌矿表面的作用机理进行研究。红外光谱分析结果表明,当药剂与矿物作用后,黄铜矿表面出现MBT的特征峰,包括C=N,C=N-S和C-S的伸缩振动峰,其表面出现吸附产物CuMBT;但是,在闪锌矿表面未发现药剂MBT的特征峰。MBT以硫酮分子形式存在时更稳定,N原子和环外S原子易与金属发生反应,为反应活性位点。与闪锌矿(110)面相比,MBT更容易吸附在黄铜矿(112)面,它是通过五元环外的S原子的p和s轨道与Cu原子的d轨道形成正配键,从而在黄铁矿表面发生吸附。在真空条件下,以硫酮分子形式存在的MBT很难自发地吸附在闪锌矿(110)面。     

硫化矿物表面天然疏水性的密度泛函理论研究(英文)

采用密度泛函理论研究了水在硫化矿物表面的吸附以及硫化矿物的天然可浮性。为了排除氧气和其他因素的影响,所有的计算模型都是在真空环境下建立的。水分子是在黄铁矿与闪锌矿的表面,而不是在水里。对于方铅矿、辉铜矿、辉锑矿和辉钼矿,水分子是在水里,而不是在这些矿的表面。另一方面,黄铁矿表面亲氮气而不亲水,而闪锌矿表面不能吸附水。结果表明,方铅矿、辉锑矿、辉铜矿及辉钼矿是疏水的,而闪锌矿是亲水的。黄铁矿具有一定的亲水性,但是它更倾向于亲气,这是因为黄铁矿与水的作用要比与氮气的作用弱。因此,黄铁矿、方铅矿、辉铜矿、辉锑矿及辉钼矿都具有天然可浮性。     

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。     

铂铱合金与316L不锈钢微激光点焊气孔形成机理

采用第一性原理方法研究了H2分子在Li2NH (110) 晶面的表面吸附。通过研究Li2NH (110)/H2体系的吸附位置、吸附能和电子结构,发现H2分子吸附在Li长桥位时会发生解离,并在Li2NH (110) 面形成NH2基,其吸附能为1.178 eV,属于强化学吸附,吸附最稳定。此时,NH2基中的H原子与Li2NH表面的相互作用主要源于H 1s轨道与Li2NH表层N原子的2s,2p轨道重叠杂化的贡献,且N–H键为共价键;另一个H原子与Li2NH表面的相互作用主要是与Li之间的离子键作用;H2分子的解离能垒为1.31 eV,表明在一定热激活条件下H2分子在Li2NH (110)表面发生解离吸附。N顶位吸附时,优化结束后形成NH3,但该吸附方式不稳定,可见Li2NH (110)面与H2反应不易直接生成NH3。     

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。     

Oxygen Atom Adsorption on and Diffusion into Nb(110) and Nb(100) from First Principles

To understand the dynamics of oxidation of Nb, we examine the adsorption, absorption, and diffusion of an oxygen atom on, in, and into Nb(110) and Nb(100) surfaces, respectively, using density functional theory. Our calculations predict that the oxygen atom adsorbs on the threefold site on Nb(110) and the fourfold hollow site on Nb(100), and the adsorption energy is ?5.08 eV and ?5.18 eV, respectively. We find the long and short bridge sites to be transition states for O diffusion on Nb(110), while the on-top site is a rank-2 saddle point. In the subsurface region, the oxygen atom prefers the octahedral site, as in bulk niobium. Our results show also that the O atom is more stable on Nb(110) subsurface than on Nb(100) subsurface. The diffusion of oxygen atoms into niobium surfaces passes through transition states where the oxygen atom is coordinated to four niobium atoms. The diffusion barriers of the oxygen atom into Nb(110) and Nb(100) are 1.81 eV and 2.05 eV, respectively. An analysis of the electronic density of states reveals the emergence of well-localized electronic states below the lowest states of clean Nb surfaces due to d–p orbital hybridization.     

银氧化锡电子结构的第一性原理

采用基于密度泛涵理论的第一性原理平面波赝势方法,在一般梯度近似下计算Ag6Sn2O4晶体的布居和键长,分析其分波态密度以及电荷等密度分布,研究Ag6Sn2O4晶体的电子结构和成键特性。结果表明:在发生原位反应之后,生成的Ag6Sn2O4晶体中主要是O原子的2p电子轨道与Sn原子的5s、5p电子轨道中的电子成键结合,其中O原子和Sn原子之间的成键能力要强于O原子和Ag原子之间的成键能力,锡氧结合生成SnO2颗粒镶嵌在银的基体中,与实验结果比较吻合。     

Early stage SCC initiation analysis of fcc Fe-Cr-Ni ternary alloy at 288 °C: A quantum chemical molecular dynamics approach

The initiation of stress corrosion cracking in fcc Fe-Cr-Ni ternary alloys was studied by means of quantum chemical molecular dynamics at 288 °C. This study showed that the iron and chromium atoms segregate faster than nickel atoms at the surfaces. The atomic model showed that nickel enrichment occurred at the inner oxide layer. The binding energy helps reduce the mobility of the nickel atoms. The surface morphology showed that Fe, Cr, and O accumulate on the very top surface while Fe, Cr, Ni, and O bonding takes place beneath this revealing the formation of an outer and inner oxide film. The diffusion of oxygen and hydrogen into the surface increases when it is under strain. The deeply diffused hydrogen becomes negatively charged by taking electron from metal atoms. Consequently, the process weakens the metallic bonds following with the result that oxygen can diffuse easily into the surface. It seems that hydrogen effectively functions as an oxygen carrier. This kind of reaction process can take place in the molecular domain of a crack tip and thus play a vital role in initiating the SCC process.     

几种氨基酸类缓蚀剂在铁表面吸附的 第一性原理研究

目的 氨基酸是一类重要的环境友好型金属有机缓蚀剂,研究缓蚀剂分子在金属表面的吸附行为,对深入理解缓蚀机理及设计新型缓蚀剂分子有重要的理论意义.方法 基于第一性原理框架下的原子轨道线性组合方法,采用Dmol3软件研究了甘氨酸、丙氨酸和亮氨酸三种分子在铁表面的吸附行为.首先对铁晶体表面的形貌学参数进行了计算,然后选取合适的晶面作为吸附表面.最后通过计算三种分子在铁表面的吸附能和分波态密度等参数分析缓蚀机制.结果 铁的三种常见晶面中,Fe(110)面为最佳吸附表面.三种氨基酸分子在Fe(110)表面呈竖直型吸附构型,甘氨酸、丙氨酸和亮氨酸的吸附能绝对值大小分别为2.233、2.254、2.472 eV,这与其实验缓蚀效率大小顺序相一致.结论 缓蚀剂分子吸附可导致金属基底的功函数减小.Hirshfeld电荷分析表明,吸附过程中存在从氨基酸分子到Fe(110)表面的电子转移现象.态密度分析表明,氨基酸分子中的活性原子与铁表面原子形成了共价键,键能的大小对缓蚀剂分子的缓蚀效率起决定性作用.     

Nocardia在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附

研究了Nocardia在不同影响因素条件下在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附.结果表明:Nocardia在黄铁矿和方铅矿表面可发生明显的选择性吸附,在黄铁矿表面的最大吸附率为96.99%;而在方铅矿表面的吸附率为20%左右;两种矿物表面的吸附在较短的时间内即可达到平衡;pH值是影响Nocardia在两种矿物表面发生选择性吸附的关键因素,当pH为3～10时,选择性吸附现象明显;而当矿浆浓度超过6 g/L和菌液浓度为0.5～4 g/L时,有利于选择性吸附;温度对吸附效果影响较小.扫描电镜检测结果表明,Nocardia细胞外膜表面的菌丝是重要的吸附位;矿物解理面状态、Nocardia表面基团的桥连作用和静电力是导致选择性吸附的关键.