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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

氧气在铀钼体系表面吸附和解离行为的第一性原理研究

基于第一性原理探究了氧气分子在铀钼表面的吸附解离行为。在五层γ-U(100)表面构型的基础上,用单个钼原子置换表层的1个高对称点的铀原子,并用4个钼原子置换表层铀原子后,分别建立了γ-U(100)/Mo和γ-U(100)/4Mo模型,计算得到了不同吸附构型下的结构参数、吸附能、Bader电荷、电子结构和表面功函数。结果表明,氧分子在γ-U(100)/Mo和γ-U(100)/4Mo表面为化学吸附,且最稳定的吸附位点为空位平行吸附,吸附能分别为-12.552和-8.661 eV。氧分子在铀钼表面的吸附分为解离吸附和未解离吸附,两者共同组成稳定的吸附行为,同时,解离吸附比未解离吸附更为稳定。Bader电荷结果表明,氧气在吸附过程中,主要与吸附表面最上两层的原子发生电荷转移。电子结构研究表明,O 2s和U 6p轨道发生轻微杂化,O 2p与U 6d、Mo 5s、Mo 4p、Mo 4d轨道发生较强的重叠杂化。本研究为氧分子在铀钼合金表面的吸附提供了机理阐述,并进一步为氧气在铀钼合金表面的腐蚀机理研究提供理论基础。     

氧、氢和碳原子在α-铀(001)表面吸附与扩散特性的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论系统研究氧、氢和碳原子在α-铀(001)表面的吸附与扩散特性。研究发现:在铀表面氧原子与氢原子择优吸附在H2位置,碳原子倾向于占据在H1位置;氧原子在铀表面的扩散势垒较低,容易在铀表面上扩散,形成表面氧化层;氢原子的扩散势垒较高,碳原子的扩散势垒最大,难以在表面扩散。吸附原子从铀表面向次表面层扩散时,氧原子的扩散势垒很高,难以向次表面扩散;碳和氢原子的扩散势垒较低,特别是在氧的辅助作用下,碳原子向次表面的扩散势垒降低约0.5 eV,使碳原子易于向次表面层扩散;铀表面上会形成氧化层,次表面会形成富碳层,可对铀的进一步氧化起到抑制作用,这与相关实验结果符合较好。     

LaNi5（111）表面结构及吸氢机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,对贮氢合金LaNi5及LaNi5(111)表面的电子结构进行计算,对H原子在LaNi5(111)表面吸附模型进行构型优化.结果表明:LaNi5(111)表面驰豫结构La原子向外凸出,Ni原子向里收缩,凹凸不平的表面层增加表面原子与H原子的接触面积,表面层的有效体积约增大2.3%,有利于H原子向块体内扩散;表面层有净余的0.5个电子,有利于表面层上的电子转移到H原子上;H2分子解离成两个H原子后在LaNi5(111)表面的平衡稳定结构与氢化物LaNi5H7晶体相同位置的结构极为相似;阐述H2分子在LaNi5(111)表面的解离吸附机理,其反应活化能约为0.27 ev.     

Au吸附清洁及H化Si(001)表面的第一原理研究

用第一原理理论研究了Au吸附于清洁及H化Si(001)表面的特性.结果表明,对于清洁表面,Au原子的吸附能够打断衬底Si层的二聚体化学键;在低温下,Au原子停留在表面,但由于具有较小的扩散势垒,比较容易扩散到Si衬底中.而Au原子在H-Si(001)表面的吸附则不会打破衬底Si二聚体键,这一点与清洁表面的吸附性质完全相反.     

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。     

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．     

Au吸附清洁及H化Si（001）表面的第一原理研究

用第一原理理论研究了Au吸附于清洁及H化Si（001）表面的特性。结果表明，对于清洁表面，Au原子的吸附能够打断衬底Si层的二聚体化学键；在低温下，Au原子停留在表面，但由于具有较小的扩散势垒，比较容易扩散到Si衬底中。而Au原子在H-Si（001）表面的吸附则不会打破衬底Si二聚体键，这一点与清洁表面的吸附性质完全相反。     

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。     

氢分子在贮氢材料Li2MgN2H2表面的吸附与解离

采用第一性原理计算方法研究了Li-Mg-N-H体系贮氢材料的放氢产物Li2MgN2H2的吸氢反应过程中的过渡态、表面电子态密度和表面能。结果表明:氢分子在Li2MgN2H2低指数表面中最低能量(100)表面的Mg-Mg-Li穴位吸附位置能够形成最稳定的吸附结构并发生解离,氢分子吸附能为-0.1898eV,解离能约为0.84eV(81kJ/mol),表明该反应所需的反应活化能仍较高,吸氢反应速度缓慢。     

CO2 在 δ-Pu(100)表面吸附行为的第一性原理研究

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CO₂在δ-Pu(100)表面的吸附行为。结果表明,CO₂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H₁-C₄O₄,此时吸附能为-6.430 eV,吸附稳定性顺序为穴位>桥位>顶位。CO₂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CO₂ 2π_u轨道转移有利于C-O键的弯曲和活化。此外,CO₂分子和Pu原子之间的化学键主要是离子态,反应机理是CO₂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。H₁-C₄O₄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。     

In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜形成的第一性原理计算

目的 采用第一性原理计算In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜的形成机制,以为在金基合金中掺杂元素,促进表面氧化膜生成提供理论依据。方法 基于构建适用于第一性原理计算、原子比Au:Cu:Ni=9:5:2的晶体结构模型,对In掺杂AuCuNi体系模型的稳定性、偏析特性以及吸附特性进行计算。结果 In原子替代掺杂AuCuNi合金(111)面中各元素后形成新的AuCuNiIn表面,掺杂形成能均为负值,这说明In替位AuCuNi合金(111)面中任何一个原子都会促进AuCuNi表面的稳定性。当In替位掺杂AuCuNi表面第一层的Ni原子时,稳定性提升最大,掺杂形成能为–1.326 eV;当In替位掺杂AuCuNi表面第三层的Ni原子时,掺杂形成能最大为?0.503 eV,这表明当In原子掺杂到该位置时,体系稳定性的提升最小。通过偏析能的计算发现,掺杂后的In有向其他位点偏析的趋势,最易向偏析能最小的位点偏析,即向表层Ni原子偏析,偏析能为?0.739 eV。因此,使In原子替位掺杂第一层的Ni原子,形成最稳定的AuCuNiIn表面结构。此外,通过在AuCuNiIn表面吸附氧原子和计算吸附能发现,当原子顶位吸附时吸附能都比较高,这说明Au、Cu、Ni原子都不易在顶位吸附氧原子,其中T3(Au)位点的吸附能为0.034 eV,其值大于0,说明Au原子的顶位不会自发地吸附氧原子。表层原子中吸附能最低的几个位点H3(?3.571 eV)、H1(?3.462 eV)、B2(?3.021 eV)的氧原子均与In原子成键,这说明In原子附近更易吸附氧原子。最后,通过电荷差分密度图和布居分析,发现O原子与周围其他原子有明显的电荷转移,并与In原子、Cu原子和Ni原子形成键。这进一步表明O原子与周围原子发生化学反应,提高了材料表面的稳定性,证实了吸附能计算的准确性。结论 基于以上计算分析得出In原子的掺杂可以有效促进AuCuNi表面氧化膜的形成。通过第一性原理计算预测了元素掺杂对材料表面性能的影响,为掺杂促进材料表面氧化膜的形成提供了一定的理论参考。     

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。     

CO2毒化对Pd膜表面状态与氢同位素渗透性能的影响

在不同温度的CO2气氛中对Pd膜进行了毒化,将毒化后的Pd膜与氢气反应并测试其氢同位素渗透性能。采用XPS、SEM等检测了CO2在不同温度下对Pd膜毒化后的表面成分与形貌,并对比分析了吸氢前、后的Pd膜表面状态的变化,得出了CO2对Pd膜表面状态的影响规律,探讨了CO2气体的毒化机理。结果表明,CO2分子在Pd表面会解离成为C=O,C-O与O原子,随着温度升高,C=O减少,而C-O与O原子含量增加。当CO2毒化温度达到500℃时,Pd表面会生成PdO并伴有微孔出现,而C-O随温度升高能够稳定吸附于Pd表面。毒化后的试样在常温下进行吸氢反应后表面PdO消失,吸附O含量减少,多孔形貌得到改变。CO2毒化后,由于C-O与O原子在Pd表面吸附并占据了Pd膜表面的氢解离位,从而导致Pd膜透氘能力下降。     

MoO_4~(2-)对2205双相不锈钢氢脆敏感性的影响

采用电化学阻抗谱研究了钼酸盐在双相不锈钢表面的吸附行为,进而研究钼酸盐对2205双相不锈钢氢渗透行为的影响。结果表明,MoO42-通过吸附,在试样表面形成一层表面阻挡膜;Mo O42-能够抑制H原子在双相不锈钢表面的吸附,降低表面的H数量以及氢的浓度梯度,使H原子在双相不锈钢中的扩散驱动力减小,降低氢原子在双相不锈钢中的扩散速率和双相不锈钢的氢脆敏感性。