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。     

O2分子在Al(110)表面选择吸附性的对比研究

采用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)计算方法对比分析了 O2分子在 Al(110)面3个不同吸附位(顶位、桥位和穴位)的吸附性质,通过吸附能的比较,桥位的吸附能高于顶位和穴位,是最佳的吸附位。吸附质的态密度、吸附物 O2分子轨道电荷分布的变化以及金属表面原子轨道电荷分布的变化揭示了吸附过程中电荷的转移趋势。计算结果表明,通过分析吸附质的原子轨道电荷分布和电子态密度,发现 O2在 Al(110)表面吸附的过程中,主要是 O 原子的2P 轨道和 Al 的3S 轨道的电子相互作用,并展示出较强的化学吸附。     

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。     

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。     

Si掺杂锐钛矿相TiO2的电子能带结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Si掺杂前、后锐钛矿相TiO2的电子能带结构、电子态密度以及吸收光谱进行计算。结果表明,Si掺杂导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度略增大0.048 eV;掺杂前锐钛矿相TiO2的价带和导带主要由O的2p和Ti的3d轨道构成,Si掺杂后其价带和导带主要由Si的3p、Ti的4s和Ti的3d轨道构成;Si掺杂可导致锐钛矿相TiO2的吸收边蓝移。     

AlN在α-Al2O3(0001)表面吸附过程的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,对α-Al2O3(0001)表面吸附AlN进行了动力学模拟计算,研究了AlN分子在a-Al2O3(0001)表面吸附成键过程、吸附能量与成键方位.计算表明吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,其化学结合能达到4.844eV.吸附后AlN化学键(0.189±0.010nm)与最近邻的表面Al-O键有30°的偏转角度,Al在表面较稳定的化学吸附位置正好偏离表面O六角对称约30°,使得AlN与蓝宝石之间的晶格失配度降低.     

TiO2氧空位形成的影响因素

为了研究TiO2氧空位形成的影响因素,用管式电阻炉在空气、Ar及不同温度下对TiO2烧结.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对烧结TiO2样品的微观形貌、物相组成、元素及价态进行了表征,研究了烧结温度、烧结气氛和Ar+刻蚀对TiO2样品氧空位形成的影响.结果表明:相同气氛下,随着烧结温度的升高,TiO2氧空位浓度逐渐增大;相同温度下,惰性气氛有利于TiO2氧空位的产生;Ar+刻蚀有利于TiO2氧空位的形成.     

Ba2+在KDP(100)表面吸附的密度泛函理论研究

为了研究Ba~(2+)与KDP晶体表面相互作用的本质,采用密度泛函理论(DFT)方法对Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附行为进行计算。结果表明:Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附能为负值,吸附过程为自发的放热反应。通过结构优化得到3种稳定的吸附构型,最终吸附位置为O原子的顶位或两个O原子之间的桥位。当Ba~(2+)位于磷酸根基团中的两个O原子之间的桥位时,吸附最稳定。在3种吸附构型中,Ba~(2+)与表面O原子均通过离子键结合,而与表面最外层H原子则会产生一定的共价相互作用。另外,Ba~(2+)吸附使KDP(100)表面的P—O键、H—O键以及K—O键有不同程度的伸长或缩短,同时表面的氢键结构也发生了明显的变化。     

MlNi4Co0.6Al0.4储H2合金表面吸H2的TDS研究

用热脱附谱(TDS)对不同表面处理的富La混合储H2合金MlNi4Co0.6Al0.4粉末样品进行H2气吸附和脱附特性的比较和研究。未经表面处理的粉末样品,只测到一个H2脱附峰(α峰),脱附温度在400K左右;经6molKOH溶液,在80℃下处理6h的MlNi4Co0.6Al0.4粉末样品,有2个H2热脱附峰(β峰和γ峰),脱附温度分别在540和630K处;而用6molKOH+0.02molKBH4溶液处理后,则有3个H2热脱附峰(α峰,β峰和γ峰),脱附温度分别在400,530和640K处。TDS研究表明,热碱加还原的处理使材料表面对H2气吸附的活性和容量提高,并使各个吸附态的扩散和转变更加容易。     

掺杂和修饰的石墨烯对半胱氨酸吸附性能的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论计算了掺杂或修饰Al或Mn原子的石墨烯对半胱氨酸的吸附性能。计算结果表明,掺杂或修饰Al或Mn原子后,Graphene与半胱氨酸之间结合稳定,具有较大的结合能。其中掺杂或修饰Mn原子的体系的吸附能整体高于掺杂或修饰Al原子的体系。石墨烯上修饰或掺杂Al或Mn原子,增加了石墨烯基底与半胱氨酸之间的电荷转移,特别是修饰方式显著改变了费米能级附近的性质,同时改变了Graphene的电导性质。Al或Mn原子修饰或者掺杂的Graphene除了增加对半胱氨酸吸附能力外,也是一种潜在的检测半胱氨酸的传感器材料,进而在生物领域得到更广泛的应用,比如用来检测富含半胱氨酸的金属硫蛋白。     

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.     

First-principles study of the (001) and (110) surfaces of superhard ReB2

Structural relaxations, electronic properties, and surface energies of ReB₂ (001) and (110) surfaces with various terminations are investigated with a first-principles method. It is found that the surface interatomic spacings of ReB₂ (001) and (110) surfaces are different from those of the bulk structure. The vertical spacings between the first and second layers of the studied surfaces are contracted. The (001)-Re surface is likely to be stable without introducing a large relaxation. Among these surfaces, only the (110) surface has surface rumpling, and the Re atoms on its first layer are apt to move inward. After atomic relaxation, some covalent bonds formed by the outmost atoms of the relaxed surfaces are shorter than those of the bulk system, which indicates that the covalent B-B and Re-B bonds of the surface layer have been strengthened. An analysis of surface energies shows that after relaxation, the (001)-Re surface is more stable than other types of surfaces.     

聚丙烯酸铵在纳米氮化钛上的定量吸附研究

研究了聚丙烯酸铵在纳米氮化钛粉体上的定量吸附及其影响因素，实验结果表明，纳米氮化钛的等电点在pH=3.8左右，加入分散剂PAA－NH4后，等电点移至pH=2附近，PAA－NH4在纳米氮化钛上的吸附量随吸附时间的增加而增加，同时溶液的酸碱性也影响吸附量，扫描俄歇分析结果表明：PAA－NH4吸附在纳米氮化钛颗粒表面上。     

团簇NiCo2S4的磁学性能

为探究团簇NiCo₂S₄的磁学性能,本文依据密度泛函理论(DFT)在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇NiCo₂S₄进行优化计算,确定了三重态下的6种优化构型,并从轨道成单电子数、自旋布居数、磁矩、自旋密度差、轨道态密度图多个角度对构型进行分析。研究表明:团簇NiCo₂S₄的6种构型中,构型2^{(3)性能最优异,而热力学稳定性最好的构型1(3)在磁学性能方面表现一般,其余构型磁学性能相近。对于团簇NiCo₂S₄的磁性强度,在原子轨道上,s、p轨道对团簇NiCo₂S₄整体的磁性强度贡献较小,d轨道对整体的磁性强度贡献最大;Ni原子和自旋向上的α成单电子是团簇整体磁性强度的主要贡献者,其中,s轨道成单电子数的主要贡献者是S原子,p、d轨道主要是金属原子,Ni原子d轨道主要受α成单电子影响,Co、S原子既受α成单电子的影响又受β成单电子的影响。团簇NiCo₂S₄作为磁性材料时采用构型2(3)}作为模型基础,可以通过增大金属Ni比例来增强磁性。     

BaTiO3颗粒对分散剂PMAA-NH4的吸附机制研究

通过ζ电位测量及PTIR分析，研究了BaTiO3颗粒对阴离子型分散剂PMAA－NH4的吸附机制。结果表明，加入PMAA－NH4后，由于BaTiO3颗粒表面上存在Ba-OH2^ 的正电荷中心，从而吸附了分散剂的阴离子，使BaTiO3表面带电特性改变，等电点由pH＝5.1移至pH=3.5，当pH=10，PMAA－NH4的加入量为0．8wt％时，BaTiO3颗粒表面吸附达到饱和，可以得到稳定性好的BaTiO3悬浮体。     

Theoretical investigation of atomic structure and electronic properties of Ca/Si(110)-(2 × 1) reconstruction

We have presented first-principles total-energy calculations for the adsorption of Ca metals onto a Si(110) surface. The density functional method was employed within its local density approximation to study the atomic and electronic properties of the Ca/Si(110) structure. We considered the (1 × 1) and (2 × 1) structural models for Ca coverages of 0.5 monolayer (ML) and 0.25 ML, respectively. Our total-energy calculations indicate that the (1 × 1) phase is not expected to occur. It was found that Ca adatoms are adsorbed on top of the surface and form a bridge with the uppermost Si atoms. The Ca/Si(110)-(2 × 1) produces a semiconducting surface band structure with a direct band gap that is slightly smaller than that of the clean surface. One filled and two empty surface states were observed in the gap; these empty surface states originate from the uppermost Si dangling bond states and the Ca 4 s states. It is found that the Ca-Si bonds have an ionic nature and complete charge being transferred from Ca to the surface Si atoms. Finally, the key structural parameters of the equilibrium geometry are detailed and compared with the available results for metal-adsorbed Si(110) surface, Ca/Si(001), and Ca/Si(111) structures.     

二维材料CrPS4电子自旋密度的研究

为探究二维磁性材料CrPS₄的电子性质,依据拓扑学原理,运用密度泛函理论,对该团簇的电子性质进行了具体研究分析,从团簇的原子电荷量、构型布居数及电子自旋密度3个方面出发,经分析后得到如下结论:团簇CrPS₄ 3种原子中,S原子为团簇电子受体,Cr、P原子为电子供体,且Cr原子向外提供的电荷量要多于P原子,构型2^{(4)电子流动性最大;从原子轨道角度来看,电子主要由S原子的3s轨道、Cr原子的4s和3d轨道、P原子的3s和3p轨道流向S原子的3p、3d和4f轨道、Cr原子的4p和4f轨道及P原子的3d和4f轨道;相较于非金属原子来说,金属原子电子自旋密度更大,外层电子的流动性更强,活泼性更好,构型8(4)与构型1(4)}的Cr原子活泼性最强;另外,通过对其原子间自旋密度值进行细致观察,发现其值与稳定性有一定关系。