NO在氧预吸附Ir(100)表面吸附和解离的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论和周期性平板模型研究了NO在O预吸附Ir(100)表面的吸附和解离,并考察了预吸附的O对可能产物N2,N2O和NO2的选择性的影响.优化得到反应过程中初态、过渡态和末态的吸附构型,并获得反应的势能面信息.计算结果表明,NO在O预吸附表面最稳定的吸附位是桥位,其次是顶位.桥位和顶位的NO在表面存在两条解离通道,即直接解离通道和由桥位和顶位扩散到平行空位,继而发生N—O键断裂生成N原子和O原子的解离通道.此分离机理与洁净表面上NO解离机理相同,但后一种解离方式优于前一种,是NO在表面上解离的主要通道.预吸附的O原子在不同程度上抑制了NO的解离,导致桥位和顶位NO解离互相竞争.在O预吸附Ir(100)表面,N2气是唯一的产物,不会有副产物N2O和NO2的生成,与实验结果一致.预吸附的O在N/O低覆盖度下几乎不影响N2气的生成,但在较高覆盖度下则促进了N2气的生成.

H_2在δ-Pu(100)表面吸附的第一原理研究

采用密度泛函理论结合平板周期性模型研究了H2在δ-Pu(100)表面的吸附行为.结果表明,H2在该表面最稳定的吸附方式为洞位垂直吸附,吸附能为0.183eV,距离表面最近的H原子与表面垂直距离为0.378nm.吸附的H2分子的键长增加、H—H键伸缩振动频率的红移都不明显.只有极少量电子从第1层的Pu原子流向H2分子,吸附引起的表面功函增加也不明显.这说明δ-Pu(100)面分子态H2的吸附属于较弱的物理吸附.讨论了离解吸附的热力学可能性,H2分子的吸附趋向于离解成2个原子态H的吸附,离解后的H原子优先吸附于洞位,此时吸附为较强的化学吸附.

CO在Sm/Rh(100)模型表面上的吸附与反应

应用 AES,LEED,XPS和 TDS研究了 Rh( 1 0 0 )上 Sm膜和 Sm/ Rh表面合金以及 CO在这两类模型表面的吸附与反应 .室温下 Sm在 Rh( 1 0 0 )上的生长遵从 SK模式 ,Sm膜经 90 0 K高温退火后可形成有序表面合金 .在室温制备的 Sm膜 / Rh( 1 0 0 )表面上 ,室温下 CO在 Sm上的吸附改变了表面结构 ,生成 Sm Ox 和表面碳 .随着 Sm覆盖度的增加 ,低温脱附峰 ( α-CO)面积迅速下降 ,且峰温向高温方向位移 ;表明 Sm的空间位阻和电子效应同时起作用 .在 Sm/ Rh合金表面上 ,CO在约 5 90 K出现新的脱附峰 ,可归属为受 Sm电正性修饰的 Rh原子上的

H_2O在Cu(100)表面吸附的从头算研究

用量子化学从头计算方法，以原子簇Ｃｕ５为模拟表面，研究了水在Ｃｕ（１００）面上不同吸附位的吸附情况，结果表明：水分子通过氧原子与表面成键，顶位是其最佳吸附位，吸附能约为７０ｋＪ／ｍｏｌ，平衡距离为０．２１３ｎｍ，氢原子远离表面．在氧原子不加极化函数时，水分子的二次轴垂直于表面时能量最低，但倾斜至５０°所需能量仅在１０ｋＪ／ｍｏｌ以内．当考虑Ｏ原子ｄ轨道的影响时，水分子倾斜时能量较低，得到了与实验相符的吸附构型．另外还研究了表面电荷对吸附体系的影响，结果表明：表面带正电荷时，水与表面间的相互作用增强，水上所转移电荷增多，Ｃｕ—Ｏ间平衡距离减小；表面带负电荷时，情况与之相反，且氢原子靠近表面时，势能曲线有最低点．

密度泛函理论研究NO在CuCr_2O_4(100)表面的吸附

运用密度泛函理论研究了NO在CuCr2O4(100)表面4个可能吸附位的顶位吸附。结果表明:表面铜(Cu)和铬(Cr)为活性吸附位,吸附能分别为98.1kJ·mol-1和92.9kJ·mol-1。对活性吸附位Cu位和Cr位考虑了NO以N端和O端2种吸附取向的吸附,发现N端吸附比O端吸附更为有利,O端吸附为简单的物理吸附。在2种吸附取向情况下,N-O键的伸缩振动频率都发生了红移。Mulliken布居分析表明,N端吸附时NO分子失去电子;对NO吸附前后的态密度分析可知,对Cu位和Cr位N端吸附NO的2π轨道得到电子。本文并进一步讨论了NO分子在CuCr2O4(100)表面Cu位和Cr位的成键机理。

4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔在TiO_2(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔(简称P)的低聚合物P_n(n=1～5)的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,P_n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了化合物P在TiO_2(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物P的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当P吸附在TiO_2(100)表面时,P向TiO_2(100)表面转移0.692 e电荷,前线轨道能隙变窄.通过吸附前后TiO_2(100)表面的能带和态密度分析表明:在TiO_2(100)表面吸附了化合物P后,能带向低能区移动,且TiO_2中价带和导带间的禁带消失.理论预测的结果与实验值吻合.

CN在Pt(100)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函方法,以原子簇Pt14为模拟表面,对CN自由基分子在Pt(100)表面上不同吸附位的吸附情况进行了研究.结果表明,CN分子吸附在Pt(100)面上时,通过原子C垂直吸附在表面顶位是其最佳吸附方式,CN键振动频率明显发生蓝移,与实验事实相吻合;而在桥位及四方穴位吸附时CN键振动频率均发生红移.吸附前后,CN分子的σ、π电子与底物间的电荷转移的差异决定了CN键振动频率的不同变化.

O在Rh(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论计算了O原子在Rh(100)表面的吸附,得到了电子特性及各种结构参数,并给出了不同覆盖度下O原子在Rh(100)表面上3个位置吸附后的能量.结果表明,O原子在Rh(100)表面可以发生稳定的吸附,最高吸附能为2.53eV.同时,通过对O原子的态密度进行分析,得到如下结论:O原子在Rh(100)面上的吸附主要是由于O的2p轨道与基底金属的4d轨道相互作用的结果.

碳吸附于Fe(100)表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe(100)表面及C吸附于Fe(100)表面三种结构:p(2×2)、c(2×2)及p(2×1).清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构.吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符.通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3 d_(x^2-y^2)、3d_(xy)态的杂化.

W(100)c(2×2)表面的STM图像

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了W(100)c(2×2)再构表面的表面弛豫以及扫描隧道显微镜(STM)图像和衬底偏压的关系.计算所得到的表面原子沿[110]方向的畸变位移δ为0.027nm,畸变能△E为80.6meV·atom-1,表面原子的弛豫分别为-7.6%(△d12/d0)和+0.8%(△d23/d0),功函数Φ为4.55eV.STM图像模拟表明,由于表面原子沿[110]方向的位移,会导致出现平行于[110]方向的亮暗带状条纹.STM图像中突起所对应的并不是表面或次表面的钨原子,而是zig-zag型W原子链中线位置;而STM暗区对应于原子位置畸变形成的相邻zig-zag型W原子链中间区域.当衬底负偏压时,STM针尖典型起伏高度大约在0.008-0.013nm之间;而当衬底正偏压时,针尖起伏高度在0.019-0.024nm之间变化.

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态.采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位.结果表明:2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1 k J·mol-1猯,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1 k J·mol-1猯,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2.由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变.理论预测结果与实验结论一致.

Cu(100)表面HCOO对CO_2吸附的稳定作用

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)(DFT-GGA)并结合平板模型,研究了CO2在HCOO修饰Cu(100)表面的吸附行为.计算结果表明,与清洁Cu(100)表面相比较,CO2在HCOO修饰的Cu(100)表面的吸附强度增强,其线性对称性不存在.究其原因可归结为HCOO的存在使CO2分子带有部分极性,从而使其与Cu(100)表面的作用增强.

Mn在Si(100)表面化学吸附电子结构的研究

用TB—LMTO方法研究单层Mn原子在理想的Si(10 0 )表面的化学吸附 .计算了Mn原子在不同位置的吸附能 .结果表明 ,Mn原子在C位 (四重位 )吸附最稳定 ,在Mn/Si(10 0 )界面存在Mn、Si混合层 .

DOPA醌在Cu(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度密度泛函理论(GGA)的BLYP方法结合周期性平板模型,以原子簇Cu41为模拟表面,对DOPA醌分子在Cu(100)表面不同位置的吸附模型进行了构型优化、能量计算以及Mulliken布居分析,结果表明通过相邻的羰基垂直吸附在表面的桥位是其最佳吸附方式,吸附能为247.2310kJ/mol;其次为顶位、顶位R45和穴位,吸附能分别为227.7162kJ/mol、220.7305kJ/mol和217.8456kJ/mol。Mulliken布居分析结果表明整个吸附体系发生了由Cu原子向DOPA醌分子的电荷转移。

氢原子与H-Si(100)表面作用提取的氢分子角分布研究

利用可旋转四极质谱仪对氢原子束与氢化Si(100)表面作用中氢提取反应产生的氢分子角分布进行了系统的分析。发现氢原子束与氢化Si(100)表面作用中,从氢化Si(100)表面脱附的氢分子具有较宽的角分布,并可以用函数cosnθf(其中n<1)拟合氢分子角分布。脱附的氢分子角分布与Si(100)表面温度和表面重构模型无关。根据硅表面重构机制,用非活性脱氢模型对实验结果进行了合理的解释。

金属表面自组装成膜的机理研究——苯硫醇在Au(100)表面的吸附

通过分子力学和分子动力学模拟,对我们已发表的苯硫醇在Au(100)上吸附的扫描隧道显微镜结果进行了模拟.根据STM结果,苯硫醇在Au(100)表面形成(2～(1/2)×5～(1/2))的结构,最小重复单元为Au(100)-(2～(1/2)×5～(1/2))的-1BT.分子模拟结果表明,BT分子之间存在相互作用,导致邻近的BT分子方向发生变化.如果考虑分子方向的变化,得到的最小重复单元应该是Au(100)-(2～(1/2)×32～(1/2))-2BT.(2～(1/2)×5～(1/2))的结构是一个平行四边形,相邻两边的夹角为75°或105°;(2×3 2)结构是一个矩形,相邻两边的夹角为90°.在重复单元Au(100)-(2～(1/2)×5～(1/2))的-1BT和Au(100)-(2～(1/2)×32～(1/2))-2BT中,苯硫醇的覆盖度都是0.33.通过分子模拟结果与STM实验结果的比较,证明分子模拟结果可以作为实验的一种重要补充,有助于进一步揭示金属表面缓蚀功能膜自组装的机理.

甲醇在FeS_2(100)完整表面的吸附和分解

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期平板模型方法,研究了甲醇分子在FeS2(100)完整表面的吸附与解离.通过比较不同吸附位置的吸附能和构型参数发现:表面Fe位为有利吸附位,甲醇分子通过氧原子吸附在表面Fe位,吸附后甲醇分子中的C―O键和O―H键都有伸长,振动频率发生红移;甲醇分子易于解离成甲氧基CH3O和H,表面Fe位仍然是二者有利吸附位.通过计算得出甲醇在FeS2(100)表面解离吸附的可能机理:甲醇分子首先发生O―H键的断裂,生成甲氧基中间体,继而甲氧基C―H键断裂,得到最后产物HCHO和H2.

Nb(100)表面吸附氮气的第一性原理研究

为研究氮气在Nb(100)表面吸附过程中的物理机制,采用密度泛函理论和第一性原理方法对Nb(100)表面吸附氮气的功函数、几何结构、吸附能、电子结构和振动频率等性质进行研究。计算结果表明:当分子覆盖度为1.0 ML时,垂直的氮气易于吸附在Nb(100)表面的顶位;当分子覆盖度为0.5 ML时,桥位是氮气吸附于表面的最稳吸附位;当分子覆盖度为0.25 ML时,氮气则基本垂直吸附在顶位。分波态密度的研究发现,Nb(100)表面和氮气之间的相互作用主要通过Nb原子的d轨道与N原子的px,py轨道间的杂化。吸附分子中两氮原子间的振动频率强烈地依赖于其吸附结构,垂直吸附分子的N—N键的振动频率强于倾斜和平行吸附分子的。垂直吸附桥位和顶位的氮分子间原子振动频率分别是1 872～2 068 cm-1和2 173～2 204 cm-1。

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,(PC-DTBT)n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当PC-DTBT吸附在ZnS(100)表面时,ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷,前线轨道能隙变窄.理论预测的结果与实验值吻合.

乙炔和乙烯分子在Si(100)表面吸附的几何和电子结构的密度泛函研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论和平板模型对Si(100)表面吸附乙炔和乙烯分子的构型稳定性以及电子结构进行系统研究.结果表明:无论是吸附乙炔还是乙烯分子,当覆盖度为0.5ML时,最为稳定的吸附方式为dimerized模型;当覆盖度增大到1.0ML时,end-bridge模型为最稳定的吸附方式.通过对各吸附模型的能带结构分析可知,体系的带隙变化可以通过考察表层Si—Si二聚体中Si原子的配位环境来确定.对于相同的吸附模型,无论吸附分子是乙炔还是乙烯,都具有非常相近的带隙.吸附构型以及吸附分子的覆盖度对最小带隙及其来源有较大影响.此外,研究结果还表明,杂化密度泛函方法更适合于描述Si(100)表面的电子结构,尤其是对end-bridge吸附模型.