煤表面对多个氧分子的多层吸附机理研究

应用密度泛函理论,在6-311水平上研究煤表面与氧的吸附作用,比较煤吸附5个氧分子,其表面与氧分子化学键的变化情况,吸附后氧分子的键变长,但不断裂,煤表面的变化很小,证明煤表面吸附5个氧分子是物理吸附,根据优化后的几何结构,证明还是多层吸附.其中侧链吸附的氧分子键长变化最大,由1.2582 A变为1.3244 A,说明侧链吸附的氧分子最活泼.从电荷集居数分析可知,原子中电子转移的多少与化学键的变化成正比,转移越多,化学键变化越大.煤表面与5个氧分子组成的吸附态中,氧分子的振动频率变小,计算其吸附能为409.68 kJ/mol.     

CO在Ag(100)表面吸附行为的理论研究

应用离散变分Xα方法,对CO分子在Ag(100)表面的吸附过程进行了理论研究,计算了CO分子以垂直方式在三种不同吸附位置吸附时CO分子和Ag(100)表面原子间的键级和电荷分布。结果表明:在吸附过程中,CO分子以顶位吸附为优, 有效吸附距离为170±3 pm,在吸附过程中CO分子只与最近邻的一个表面银原子有相互作用,而其它表面原子及体相原子的电子结构没有变化。Mulliken集居数及局域态密度分析表明,吸附过程中银原子与CO之间的相互作用是表面Ag原子的杂化轨道电子进入CO中空的反键轨道(M→C)和CO上面(主要是C上)未成键电子进入到表面Ag原子空的杂化轨道(C→M) 的共同结果。     

CO_2在Fe(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用量子化学的密度泛函理论,研究二氧化碳在Fe(111)表面的可能吸附态(M1-M5),计算出稳定的吸附构型和吸附能.结果表明,当CO2的O与表面形成强O-Fe双吸附键(M2,M5)时,吸附能最大,为强化学吸附;形成较弱双吸附键C-Fe及配位键O-Fe(M3)时,吸附能次之;当CO2垂直底物表面吸附(M4)时,氧原子只能与Fe原子形成单键,吸附力很弱,为弱物理吸附;在M1吸附模式中,CO2分子的C原子吸附在Fe原子上,M1的吸附能也不太大,约为1.87 ev,属于弱化学吸附.Mullik-en电荷计算表明,当吸附分子CO2电荷愈负,与底物的吸附力愈强,与吸附能的计算结果相一致,同时由于电子转移形成CO2x-,导致金属失去电子而易被腐蚀.     

甲烷气体对煤吸附二氧化碳气体的影响研究

煤炭自燃是煤矿的主要灾害之一。不仅烧毁宝贵资源,还严重危害井下工作人员的安全与健康。CO₂气体灭火可以应用于矿井的防灭火工作。煤矿井下的气体是多种气体的混合物,煤对很多种气体具有吸附特性。运用量子化学理论高斯03软件包对二氧化碳气体在煤表面吸附时,甲烷气体对其吸附能力的影响进行研究。结果表明,当煤表面分别吸附1个和2个CO₂分子时,有1个CH₄分子存在会促进煤表面吸附CO₂分子。但当CO₂分子的个数大于2个时,有1个CH₄分子存在就会抑制煤表面吸附CO₂分子。因此,CH₄分子对煤表面吸附CO₂分子是有影响的。甲烷气体的含量能够影响煤对二氧化碳气体的吸附。     

氧分子在镍钛合金(100)表面吸附行为的研究

NiTi形状记忆合金作为一种广泛使用的生物医学材料，表面形成的氧化膜是其具有良好生物相容性的基础。氧分子在NiTi合金表面的吸附是其形成氧化膜的关键，应用离散变分Xα方法，首次对O2分子在B2结构NiTi(100)表面的吸附过程进行了理论研究，分别计算了在两种不同的O2分子吸附方式中Ti-O原子间的键级和电荷分布。结果表明：O2分子垂直接近NiTi(100)表面对其发生吸附更为有利。在吸附过程中，O2分子中只有一个氧原子被其最近邻的一个表面铁原子所吸附，而合金中其它表面原子及体相原子的电子结构没有变化。Mulliken集居数及局域态密度分析表明，吸附过程中铁原子与氧原子之间的相互作用主要是由2p(O)电子和4s，4p(Ti)电子贡献。     

一氧化碳气体对煤吸附二氧化碳气体的影响研究

CO_2是导致全球气候恶化的温室气体。控制CO_2的排放和对CO_2的有效封存是世界各国学者研究的热点。CO_2的地质埋存是一种极具前景的碳埋存技术。大量的煤岩采空区为CO_2的地质埋存提供了广阔的空间。运用量子化学理论高斯03软件包对CO_2、CO气体与煤特征结构的吸附能力影响进行研究。结果表明,煤特征结构易于与多个CO_2分子发生物理吸附。当煤特征结构分别吸附1个C02分子、2个C02分子和3个C02时,放入1个CO分子会促进煤特征结构吸附CO_2分子。但当煤特征结构吸附CO_2分子的个数大于3个时,放入1个CO分子会抑制煤特征结构吸附CO_2分子。     

H2O和O2在Al(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一原理密度泛函理论中的广义梯度近似计算方法对H2O和O2分子在Al(111)表面的吸附性质进行了结构、能量和电子分析,系统研究了这2种气体分子在Al(111)表面的吸附行为及其与Al(111)表面的相互作用机理。计算结果表明：H2O分子易在Al(111)表面的top位吸附且构型倾斜时最稳定,整个吸附过程为弱的化学吸附;吸附过程中表面铝原子的电子向H2O分子发生转移,H2O分子自身的构型仅受微扰作用。O2分子在Al(111)表面的吸附倾向于以分子键平行于表面,表面铝原子向O2分子的电荷转移是O2分子解离的驱动力,吸附过程中O2分子易发生解离,解离后的氧原子稳定吸附于fcc位,其次为hcp位,整个吸附过程为强的化学吸附。     

MgO(001)表面掺杂金属Au/Pt吸附CO的密度泛函研究

采用密度泛函理论DFT/B3LYP方法研究掺杂了Au和Pt原子的MgO(001)表面吸附CO分子的吸附性质,通过对吸附体系几何构型的优化、能量和电子性质等的计算,结果表明,对于MgO(001)完美表面,掺杂Pt原子比Au更容易吸附CO分子;在MgO(001)表面不同氧缺陷位(O_(5c)/O_(4c)/O_(3c)),掺杂了Au和Pt原子后吸附CO分子的能力依次分别为:O_(3c)O_(5c)O_(4c)和O_(5c)O_(3c)O_(4c),其中掺杂了Pt原子的O_(5c)位吸附能最低。由此可知Pt原子的掺杂及具有氧缺陷的MgO(001)表面,均有利于吸附CO分子。     

ZnO半导体气体传感器

气体传感器从其材料与结构来说是多种多样的,但简单而又实用的气敏元件多采用金属氧化物半导体作为原料,其中ZnO、SnO_2和γ—Fe_2O_3是常用的检测还原性气体的敏感材料。这三种金属氧化物是一种N型半导体,当其表面吸附了电子给予性气体分子(例如H_2、CO等气体)时,由于半导体与气体分子之间费米能级的差异,会使电子从吸附于表面的气体分子向半导体方向运动,因此N型半导体的载流子密度加大,导电率增     

O2在δ-Pu（100）表面吸附行为的第一原理研究

采用密度泛函理论结合周期性平板模型研究了O₂分子在δ-Pu（100）表面的吸附行为。结果表明O₂在δ-Pu表面吸附时分子键长增加并最终断裂,离解成2个原子态吸附,离解后的氧原子以心位和桥位吸附优先。最可能的吸附过程为:桥位平行吸附后2个氧原子处于2个心位;心位平行吸附的O₂分子通过旋转平移后,离解为一个心位和一个桥位吸附的氧原子。吸附能大小为2个氧原子的吸附能减去氧分子离解能。自旋限制和自旋极化2种水平计算获得的最稳定吸附方式吸附能分别为8.14 eV和7.29 eV。离解吸附后的电荷布局数,诱导表面功函、电子态等和单个O原子吸附结果一致。     

氧原子在δ-Pu(111)表面的吸附结构和电子态

采用周期性密度泛函理论研究氧原子在δ-Pu(111)表面的吸附行为,方法为广义梯度近似(GGA),考虑了自旋极化和自旋限制不同情况.结果表明O在δ-Pu(111)面的吸附属于较强的化学作用,吸附稳定性为心式1≈心式2>桥式>顶位.2种心式位的吸附能和平衡结构几乎没有差别,化学吸附能为-6.153 eV(自旋极化)和-7.454 eV(自旋限制),O都距离表面0.131 nm.与O配位的Pu原子数目是决定化学吸附过程的主要因素,配位的数目越多,化学成键越稳定.Mulliken电荷布局分析表明,Pu和O的作用主要发生在第1层,另外2层没有影响.O原子的吸附使钚金属表面功涵增加.O的吸附为较强的离子键作用,电子相互作用主要为O2p与Pu5f、Pu7s、Pu6d杂化轨道相互作用.     

LTA型沸石吸附CO2的蒙特卡罗模拟研究

采用巨正则系综的蒙特卡罗(GCMC)方法研究了CO2在LTA型沸石上的吸附.研究表明经典力场不适合CO2/LTA沸石吸附体系.通过拟合实验数据得到一组优化力场参数.基于优化力场的模拟结果表明:二氧化碳主要吸附在4A沸石超笼的中心和超笼中Na 离子附近朝向中心的位置,能量分布图的相应位置也显示了较强的作用力.而对于5A沸石,由于8元环孔口处没有阳离子,二氧化碳主要吸附在八元环孔道中和八面沸石笼的中心.用优化力场计算了4A与5A沸石吸附二氧化碳的吸附热(273K),计算结果与文献值比较吻合.     

TiO_2表面氧吸附模拟与氧敏特性研究

根据经典的统计理论,并结合麦克斯韦速率分布律得出吸附过程中O2吸附量的理论模型,从而获得氧吸附面密度与温度、氧分压的理论变化规律。在活化能Ea=0.30 eV的情况下,TiO2对氧气吸附的温度敏感区域在120~410K之间,最佳吸附温度为370K,这与由金红石相TiO2所制成氧敏元件的最佳灵敏度所处的工作温度(378K)相近。并由模拟理论推测O2在半导体表面的吸附面密度与氧分压呈线性增加。     

甩统计理论对半导体陶瓷气敏机理的研究

本文试图对半导体陶瓷气敏元件的敏感机理提出理论模型。假定吸附表面态由吸附的氧离子构成,则在吸附还原气体时,将伴随着向体内发射自由电子。运用统计热力学的一般方法给出电导率随气体浓度、加热温度以及材料参数变化的解析表达式,从而得到灵敏度与加热温度、气体浓度和材料参数的定量关系,所得结果与实验结果基本符合。     

二氧化硅表面稠密的二氧化碳分子动力学模拟

采用分子动力学的方法研究二氧化硅表面二氧化碳的结构和扩散性质。二氧化碳在二氧化硅固体表面形成高密度层;而在远离固体表面处,流体的密度分布类似于宏观二氧化碳,取向分布比较随机。受固体表面的影响,二氧化碳的C-C径向分布函数第一峰的高度比宏观二氧化碳高。二氧化碳的密度分布和自由能分布有一明显的"镜面对称"的结构,高密度区域对应自由能的深阱。二氧化硅中的二氧化碳的自扩散行为是各向异性的,z方向的扩散由于固体面的作用明显受阻。由取向相关函数积分得到的二氧化硅表面流体的取向相关时间比宏观流体大的多,二氧化碳分子在固体表面再定位比较缓慢。     

优化变结构径向基函数网络研究及其在MDEA水溶液CO2吸收能力预测中的应用

CO_2排放导致的全球气候变化日益受到关注,通过技术手段解决温室效益被广泛讨论。MDEA溶液吸收烟气中CO_2是1种传统有效的减排技术。因此,在工程设计、操作和优化中,MDEA溶液在不同条件下CO_2吸收能力的预测至关重要。本文提出新型可逆跳跃马尔可夫-蒙特卡洛法优化的变结构径向基函数网络模型。并用该模型关联文献中的CO_2-MDEA-H_2O体系在压力0.1～4559.5 kPa和温度298～393 K之间的气液平衡数据。经随机抽取的8组数据验证,模型推算结果与实验数据十分接近.该模型精度可满足工程设计要求。     

直接还原炼铁行业中两段粉煤气化工艺模拟的研究

根据碳和水蒸汽、二氧化碳气化是吸热反应的原理,开发了用化学反应法回收高温煤气显热的煤基两段组合式新气化工艺,在发电及钢铁行业有着非常广阔的应用前景.论文用模拟软件Aspen Plus,建立了两段(一段气流床,二段固定床)组合式粉煤气化模型,模拟直接还原炼铁过程(DRI)中的两段组合式气化工艺.研究在二段是否补加水蒸汽,以N2及CO2作为粉煤输送介质的气化工艺指标,模拟结果表明:二段炉内补加水蒸汽时,将会增加二段气化用煤量,而降低了出口煤气中的有效气含量.因此两段气化工艺用于炼铁行业时,选择一段气流床的粉煤以CO2作为输送介质,既增加二段炉内的气化剂,又增加整个气化工艺出口煤气的有效气成分,满足直接还原炼铁行业的要求.     

氧在SnO2（110）面吸附机理的研究

用ＥＨＭＯ方法计算了ＳｎＯ２（１１０）面原子簇模型，并计算了表面存在氧空位和氧原子吸附的情况，计算结果表明，表面本配位锡原子是吸附中心，因电子得失而引起的原子净电荷变化是完全定域的。