碳、氮沉积形成CNx的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了单个C、N原子以及C2、N2和CN团簇在硬质合金表面的吸附结构、吸附能和成键情况.研究发现,WC(100)对C、N原子及C2和CN团簇都成化学吸附,但对N2团簇不吸引.态密度分析表明,C、N原子及C2团簇与WC(100)表面W原子相互作用导致新的化学键的生成.N2团簇在WC(100)表面的态密度变化不大,对WC(100)表面的影响很小.对CN团簇,由于CN分子的吸附,W-CN键的离子性增强,使得CN能够较稳定地吸附在WC(100)表面上.     

Mo_mS_n(m+n≤8)团簇的结构、稳定性和电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)对MomSn(m+n≤8)团簇进行结构优化,通过计算其二阶能量差分Δ2Em、分裂能D(m)、平均结合能Eb、最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)和HOMO-LUMO能隙HLG,以表征与分析团簇总原子数对MomSn团簇基态结构稳定性的影响。计算结果表明:随着总原子数(m+n)的增大,MomSn团簇的基态结构由较为松散的平面结构向紧凑型的空间结构转变,其基态几何构型与Sn团簇以及Mom团簇的基态几何构型密切相关;MomSn团簇结构稳定性随团簇原子总数(m+n)的增加而增大,MomSn团簇的平均结合能比Sn团簇和Mom团簇的平均结合能要大;Mo Sn团簇、Mo2Sn团簇、Mo3Sn团簇的幻数(n)分别为5、4、3;在MomSn团簇中,电荷均是由Mo原子向S原子转移的,并以共价键和离子键共存。     

密度泛函方法研究Run(n=9～26)金属团簇

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,对Run团簇(n = 9～26)的几何结构与稳定性、团簇表面的Ru与内部Ru间相互作用进行了研究.结果表明:将金属团簇体系放大后,基态稳定结构的原子平均束缚能Eb随着团簇尺寸的增大而增大,当原子数n = 26时,Eb = -6.69eV,与大块金属的Eb(-6.74eV)接近,表明其已接近大块金属的性质;Ru26的平均间距(R)=2.65(A),与理论值2.70(A)和实验值2.704(A)相近;平均配位数CN随着n值的增大而增大,呈现收敛于块体值的趋势.另外,由于大块金属表面的原子不能与足够的原子配位形成饱和的配位结构,所以其上的电子向内层原子转移,使得内层Ru原子呈负电荷,而外层原子呈正电荷,最终导致内层原子之间的相互作用增强而导致键的收缩,外层原子之间键的减弱,从而出现所谓的"驰豫效应".     

MgmBn团簇层状结构的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*水平上对Mg2B6、Mg4B10、Mg6B13和Mg8816团簇的层状结构进行了几何结构优化,并在同一水平上计算了其电子结构、振动特性和成键特性.结果表明:团簇中Mg-B键长在0.225～0.235 nm,B-B键长在0.154～0.191 nm;Mg原子的自然电荷在+1.24～+1.45e之间,B原子的自然电荷在-0.29～1.10e之间;Mg4B10团簇有相对较高的动力学稳定性.     

Fe-B-Si-Nb块体非晶合金的成分设计与优化

利用"团簇加连接原子"模型设计和优化具有高形成能力的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金.以源于Fe-B二元共晶相的Fe_2B局域结构为基础,结合电子浓度判据,构建Fe-B二元理想非晶团簇式[B-B_2Fe_8]Fe;考虑到原子间混合焓的大小,选择Si和Nb原子分别替代[B-B_2Fe_8]团簇的中心原子B和壳层原子Fe,得到[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe系列四元非晶成分.结果表明,[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式在x=0.2~1.2成分处均可形成块体非晶合金,其中在x=0.4~0.5的成分区间内均可形成临界尺寸为2.5 mm的块体非晶合金.考虑到原子半径的大小,鉴于增加Nb的同时降低Si的含量可维持[Si-B_2Fe7.6Nb0.4]Fe非晶团簇结构的拓扑密堆性,由此得到另一系列[(Si1-yBy)-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式成分.结果表明,在(x=0.5,y=0.05)~(x=0.9,y=0.25)成分区间内均可通过Cu模铸造法获得直径为2.5 mm的块体非晶.新设计获得的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金具有优良的室温软磁性能和力学性能,其中[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe(x=0.2~0.6)非晶合金的饱和磁化强度为1.14~1.46 T,矫顽力为1.6~6.7 A/m;[(Si_(0.95)B_(0.05))-B_2Fe_(7.5)Nb_(0.5)]Fe块体非晶合金的室温压缩断裂强度达4220 MPa,塑性形变约为0.5%.     

基于团簇线的Mg-Ni-Y三元非晶合金研究

采用团簇线方法设计并制备了Mg-Ni-Y三元非晶合金,并对团簇结构的稳定性、表征非晶形成能力参数及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,设计的Mg_(32.3)Ni_(21.5)Y_(46.2)、Mg_(30.9)Ni_(40.6)Y_(28.5)和Mg_(27.2)Ni_(47.8)Y_(25.0) 3种非晶合金具有较高的原子尺寸差σ、电负性差?x、τ和φ,在合金结构及化学性能上具有较高的稳定性及良好的非晶形成能力,且上述非晶合金在NaOH溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

初始晶化相在Zr基非晶成分设计中的应用

以非晶合金的初始晶化相(fcc-Zr2Ni)作为Zr基非晶成分设计出发点,由于Zr2Ni相仍然保留着非晶团簇或准晶中的二十面体结构特征,其团蔟结构存在结构遗传。因此,基于团簇理论进行Zr-Al-Ni、Zr-A1-Ni-Cu、Zr-A1-Ni-Cu-Nb多元Zr基非晶成分设计。此外,为了满足Zr基非晶不同领域的应用,可用不同原子取代Zr2Ni模型中的Zr或Ni原子,一旦原子与被取代原子的局域态密度相似度高,就有替代该原子的可能性,然后利用递归法判断该元素的非晶形成能力,最终通过实验验证所设计的成分是否满足性能要求。     

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。     

H2分子在Li2NH（110）表面吸附的第一性原理研究

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。     

纳米金催化NO+CO反应机理的密度泛函理论研究（英文）

采用密度泛函理论对NO+CO反应机理在Au(111)面上的反应历程进行详细讨论。通过对表面吸附物种(N、O、NO、CO、N_2、N_2O、CO_2)的吸附行为进行研究,得到最佳活性吸附中心。对三种机理中的基元反应的活化能进行计算分析,结果发现由于NO在Au(111)面上直接分解为N和O需要很高的能垒(599.4 kJ·mol~(-1)),NO+CO反应按照直接分解机理的可能性很小,按照二聚体机理的可能性更大。最佳反应途径是2NO→(NO)2→N2O+O→N2+2O,其中通过O端吸附在Au(111)面上的二聚体(NO)_2是不可避免的中问体。该反应的决速步骤是N_2O~*→N_2~*+O~*,活化能为49.5 kJ·mol~(-1)。     

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。     

Adsorption of fluorine and chlorine on Mg (0001) surface: A density functional theory investigation

The adsorption of low-coverage of F and Cl adatoms on the Mg (0001) surface was investigated using first-principles calculations based on the density functional theory (DFT). The stability of the (2 × 2) structures formed by halogen atoms adsorbed at different sites was determined. The difference between the adsorption of F and Cl on Mg (0001) surface was also discussed. The calculation results show that hollow sites are the energetically most favorable at the low-coverage. It can be concluded from the Mulliken charges and density of states that electrons transfer from the substrate Mg atoms to the adatoms, which leads to the formation of adsorbate bond and further causes the stronger interaction between Mg atom and adatom. The interaction between Cl and Mg atoms is weaker than the interaction between F and Mg.     

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.     

氧分子在黄铁矿和方铅矿表面的吸附

采用密度泛函理论对氧分子在黄铁矿和方铅矿表面的吸附进行研究。计算结果表明:黄铁矿和方铅矿表面经历了较小的弛豫;氧分子在黄铁矿和方铅矿表面都呈解离吸附状态,且在黄铁矿表面的吸附能远低于在方铅矿表面的吸附能;在黄铁矿表面上,氧原子分别与铁原子和硫原子键合,电子由铁原子和硫原子转移到氧原子上,主要由硫的3p态、氧的2p态和铁的3d态参与反应,铁与氧之间形成d→p反馈键,而在方铅矿表面上,氧原子只与硫原子键合,主要由硫的3p态、氧的2p态和铅的6p态参与反应,未形成反馈键;氧吸附后黄铁矿表面产生键合的铁原子和氧原子都产生自旋现象,而方铅矿表面原子及吸附的氧原子仍然是低自旋态的。     

金属氟化物改善MgH2体系解氢性能的机制

采用基于密度泛函理论的Dmol4.1程序包,通过计算替换Mg、形成Mg空位、体系移走H原子所需能量及电子结构的改变,对金属氟化物改善MgH2体系解氢性能的机制进行探讨.结果发现:形成Mg空位所需能量明显高于Fe、Ti、Zr、V、Ni、Nb、Cr、Cu替代Mg所需能量,与形成Mg空位相比,低温下替代Mg更利于MgH2体系解氢:NiF2、NbF5、ZrF4作为催化剂利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果一致:NiF2、NbF5、ZrF4金属氟化物改善MgH2体系解氢性能主要在于NiF2中的Ni、NbH中的Nb、ZrH2中的Zr分别替代MgH2中的Mg,加速了化学反应:NiF2+3MgH2=MgF2+Mg2NiH4、2NbF5+5MgH2=5MgF2+2NbH+4H2、ZrF4+2MgH2=2MgF2+ZrH2向右进行,使结构稳定的MgH2发生转变生成了Mg2NiH4、NbH和ZrH2等氢化物.电子态密度的进一步分析结果发现:Ni、Nb、Zr替代MgH2体系中的Mg,使超胞中心原子与其周围第1、2近邻H原子组成的八面体区域,成键的总电子数在费米能级以下按Ni、Ti、Zr的替代顺序增多,表明对应MgH2体系的结构稳定性按Ni、Ti、Zr的替代顺序增强,而解氢按Ni、Ti、Zr的替代顺序在下降,较好解释了NiF2、NbF5、ZrF4利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果的一致性.     

过渡金属对Mg2Ni氢化物电子结构和热力学稳定性影响:第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,计算并分析了Mg2Ni1-xMx(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,x=0.25)合金及其氢化物Mg2Ni1-xMxH4的电子结构和热力学稳定性。计算结果表明:Mg2NiH4和Mg2Ni1-xMx的晶胞参数与实验值吻合较好。对Mg2Ni1-xMxH4的电子结构分析发现:氢化物中的Ni—H和M—H键为共价键、Mg—H键为离子键,且Ni—H与M—H键的相互作用强于Mg—H键的。Mn、Fe和Co的部分替代对Ni—H键的相互作用影响较小,而Cu的替代则减弱了Ni—H键的相互作用,这可能是Cu替代后氢化物结构稳定性降低的一个原因。计算了Mg2Ni0.75M0.25H4(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)的生成焓,分别为-57.7、-61.5、-61.4、63.4和41.6 kJ/mol,与实验值吻合较好。     

MAGNETIC PROPERTIES AND CRYSTALLIZATION OF AMORPHOUS ALLOYS Co_(90-x)Cr_xZr_(10)

Curie temperature of amorphous alloys Co_(90-x)Cr_x Zr_(10) decreases linearly with increas-ing x.Average magnetic moment per magnetic atom Co or Cr is 1.51 μB or -3.62 μBrespectively.The temperature dependence of spontaneous magnetization at low temper-atures is in agreement with Bloch's T~(3/2) law.The spin wave stiffness constant decreaseswith increasing x from 4 to 20.The range of interaction is 2—3 atoms for x=4 andnearest neighbour atom for x=20.The crystallization temperature increases mono-tonically with increasing x.It may relate to the average number of outer electrons peratom.The crystalline phase components of heat-treated alloys were analyzed by X-raydiffration and thermomagnetic measurement.     

Ca，Pd，Sn，La对MgH2电子结构的影响

采用基于第一原理的离散变分方法(DVM),研究了Ca,Pd,Sn,La等原子替代镁氢化物MgH2原子团簇中心Mg原子对镁氢化物电子结构及其成键特性的影响.通过分析晶体轨道重叠集居数(COOP),键序(BO)和键差分电荷密度等计算结果表明Ca,Pd,Sn,La等原子对关系到Mg(M)H2结构稳定性的Mg-H键具有明显影响;它们最近邻镁原子周围的电荷密度重新分布并具有明显的各向异性,当M是Ca,Pd,La时,其最近邻Mg和H之间键序变化不大,稍有增加,当M是Sn时,则大幅减弱,其逐增顺序为Sn＜La＜Pd＜Ca;而且,对其它位置Mg与氢之间相互作用也有一定程度的影响.     

Atom probe tomographic study of elemental segregation at grain boundaries for a peak-aged Al–Zn–Mg alloy

Atom probe tomography (APT) has been used to characterize the element segregation at the grain boundary (GB) for a peak-aged Al–Zn–Mg alloy with high stress corrosion cracking (SCC) susceptibility. The results show that Mg segregates along the GB with a peak concentration of 1.38 at.% and width of 3 nm. Zn does not segregate at GB. However, segregation of Zn and H atoms at oxide-containing clusters on GB has been observed. APT atom maps also reveal that Mg₂Si is the H trapping site, but MgZn₂ is not.