外电场对水在CaO(100)表面吸附的第一性原理计算

镁钙系耐火材料是冶炼洁净钢的理想耐火材料,然而其中的游离氧化钙易水化,限制了其广泛的应用。在本工作中,采用第一性原理计算的方法研究了H2O分子在CaO(100)表面的吸附行为。在此基础上又研究了外加电场对H2O分子在CaO(100)表面吸附行为的影响。结果表明:H2O分子最容易以垂直向上取向和垂直向下取向吸附于CaO(100)表面的桥位。在外加负电场的作用下,H2O分子与CaO(100)表面之间的距离和吸附能均随电场强度的增强而增大。同时H2O分子的键角不断减小,逐渐趋向于单独水分子。电荷转移结果表明,随着负电场强度的增加,Ca原子向O原子转移的电子越来越少,这再次表明H2O分子与CaO(100)面的相互作用不断减弱。在外加正电场的作用下,随着电场强度的逐渐增强,H2O分子和CaO(100)面间的距离变化不大,但吸附能逐渐由负值变为正值。外加电场可以抑制H2O分子在CaO表面的吸附,为镁钙系耐火材料防水化提供了一种新方法。

电荷调控下Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)吸附CH_(4)的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算首先研究了Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)与CH_(4)气体分子之间的相互作用,发现Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)对CH_(4)的吸附较弱属于物理吸附,不适宜用作探测CH_(4).在此基础上研究了电荷调控下CH_(4)气体分子与Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)之间的相互作用.结果表明:随着体系电荷态的增加,Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)对CH_(4)气体分子的吸附作用逐渐增加变为化学吸附.当体系电荷态大于或等于-2时,CH_(4)气体分子在Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)表面可以被有效捕获.撤去电荷后,Ti_(3)C_(2)O_(2)、V_(2)CO_(2)与CH_(4)气体分子之间的吸附恢复至物理吸附,CH_(4)气体分子易脱附.因此,通过调控Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)的电荷态,可以简单地实现CH_(4)的捕获与释放. Ti_(3)C_(2)O_(2)和V_(2)CO_(2)有望成为CH_(4)探测或捕获材料.

Fe、Co及Ni单掺3C-SiC力学性能的第一性原理计算

碳化硅以其优异的性能被广泛应用于耐火材料领域。催化反应法合成碳化硅粉体的前景广阔,但加入的催化剂作为杂质却难以分离,而催化剂对产物碳化硅性能的影响尚缺乏研究。采用第一性原理平面波赝势法研究了催化剂种类(Fe、Co及Ni)和元素掺杂浓度(x,1.56%、3.125%、6.25%、12.5%)对3C-SiC热力学性质、力学性能、电子态密度等的影响。结果表明:1)Fe、Co及Ni掺杂3C-SiC晶体的结构稳定性由大到小依次为Fe-SiC、Co-SiC、Ni-SiC;2)当Fe元素掺杂浓度为1.56%(x)时,与未掺杂3C-SiC晶体相比,Fe-SiC体系体弹性模量值变化量为0.023%,剪切模量和杨氏模量变化量为3.57%与2.77%,硬度值和脆韧性基本未发生明显变化,态密度图也基本不变,说明低浓度Fe元素掺杂基本不影响3C-SiC体系的力学性能。因此,用Fe作催化剂,采用催化反应法制备的碳化硅粉体理论上是可以应用于耐火材料领域的。