Pt和Sb、S吸附原子修饰的Pt电极上正丙醇氧化的CV和EQCM研究

运用电化学循环伏安法和石英晶体微天平研究了正丙醇在Pt电极和以Sb、S吸附原子修饰的Pt(Pt/Sbad和Pt/Sad)电极上的吸附和氧化过程.从电极表面质量变化角度指出正丙醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系.Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧,可显著提高正丙醇电催化氧化活性,与在Pt电极上相比较,正丙醇氧化的峰电位负移了0.29V,峰电流增加了近2倍.相反,Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种,饱和吸附S原子的Pt电极上正丙醇的电氧化受到抑制.本文从表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据.

金属fcc(100)表面吸附原子的自扩散现象

通过静态计算和分子动力学方法 ,系统地研究了吸附原子在金属fcc( 10 0 )表面的自扩散现象 ,所采用的模型势是一系列由原子嵌入方法 (EAM )得到的。结果表明金属fcc( 10 0 )表面可分为三种不同的类型 ,即硬、中性和软。而且发现在大多数表面 ,如硬的和许多中性表面的简单交换机制都是通过“应力产生和释放”的模型 ,而不是以前所认为“合作运动”模型 ,只有在软表面“合作运动”模型才变得重要。另外 ,在软表面上还观察到了另一种形式的复杂交换机制 ,它不同于“应力产生和释放”模型基础上的复杂交换机制。

泡塑吸附原子吸收光谱法测定矿石中金的含量

采用泡沫吸附原子吸收法对矿石中的金含量进行测定,不仅能够准确测定金的含量,而且方法简便、成本较低,在实际的矿产勘测中得到广泛应用。本文主要探讨了该试验原理、处理方法及相应测试条件,进而得出王水浓度及泡沫塑料形状等对试验结果的影响,在绘制曲线回归方程式后测定金的浓度在0~80ug/ml范围内线性关系良好,因此采用此方法对矿石中的含金量进行测定,可获得满意的结果。

吸附原子及二聚物在Ag(111)和Cu(111)表面上的扩散和解离研究

采用分子动力学静态计算的方法分别对Ag、Cu和Ag2、Cu2在Ag(111)和Cu(111)表面上的扩散势垒分别进行了计算,探讨同质和异质以及异质中互换衬底和吸附原子的情况下吸附原子或二聚物在表面上的扩散和解离势垒的特点,并与吸附原子或二聚物与衬底的结合能、匹配关系等进行比较,探讨吸附原子和二聚物的扩散势垒与结合能、失配度等的关系.原子间相互作用采用半经验的EAM势.结果表明:对于同一衬底表面来说,不同的吸附原子或二聚物在表面上的扩散势垒似乎和它们与表面的结合能有关;在不同的衬底表面上,单个吸附原子或二聚物的扩散势垒和它们与衬底的匹配关系关联密切.

泡沫塑料吸附原子吸收光谱法测定矿石中金的含量

泡沫塑料吸附原子吸收光谱法测定矿石中金的含量方法简便易行、成本低、受到广泛普及应用。聚醚型聚氨基甲酸脂泡沫塑料具有线性网状结构,孔隙率大于95%,弹性好,具有良好吸附性能。因此在微量组分的分离富集中被广泛采用。但我们在应用中发现,采用王水分解金矿,在稀王水溶液中加入泡塑吸附金,存在吸附性能低不稳定,结果重现性差的难题,给分析带来一定的困扰,经过长期试验发现,泡塑吸附时的酸度,硫脲解脱条件是影响测定结果的主要因素。这样以来彻底解决了泡塑吸附金不稳定的问题,本方法准确可靠,精密度和准确度符合要求。

喻学锋研究员团队通过热蒸发沉积金属吸附原子制备出空气稳定的n掺杂黑磷晶体管

中国科学院深圳先进技术研究院材料界面研究中心王佳宏副研究员与喻学锋研究员团队参与的研究在空气稳定的n掺杂黑磷晶体管制备取得进展。相应成果为“Wang ZZ,Lu J,Wang JH,et al.Air-stable n-doped black phosphorus transistor by thermal deposition of metal adatoms[J].Nanotechnology,2019,30:13(通过热蒸发沉积金属吸附原子制备空气稳定的n掺杂黑磷晶体管)”。

用分子动力学方法研究Ag(001)表面吸附原子的自扩散现象

用分子动力学方法研究了单个吸附原子在Ａｇ（００１）表面的自扩散现象，其中相互作用势采用了更适合于表面特性的表面嵌入势（ＳＥＡＭ势）．观察到了丰富的扩散机制，包括简单交换机制、复杂交换机制、跳跃机制及一种新的渡越机制．提出了复杂交换机制的另一种竞争交换模型．对所有扩散机制的统计结果表明，吸附原子与表面原子间的交换扩散占主导．另外，由吸附原子扩散的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ行为及能量弛豫方法计算得到了简单交换机制的激活能为０３９ｅＶ，它小于跳跃机制的激活能０４７ｅＶ．

fcc结构过渡金属(100)表面上杂质与吸附原子的相互作用

用Allan的晶体表面模型,导出了紧束缚固体fcc(100)表面格林函数的解析表达式。用格林函数方法,讨论了fcc(100)表面上原子的化学吸附能以及替代杂质与吸附原子相互作用的一般性质。定性地预言了Ni,Pd,Pt(100)表面上过渡金属杂质对吸附H,O影响的趋势。

吸附原子在Ag,Pt,Au(110)表面上的自扩散现象

采用表面嵌入势，用静态计算和分子动力学方法研究了Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ单个吸附原子在（１１０）表面上的自扩散现象．分别给出了跳跃机制和交换机制所对应的能量变化曲线及相关原子的运动轨迹，分析了这三种不同金属（１１０）表面上的自扩散特点，结果与分子动力学模拟及有关的实验结果相符合．

Ni(100)面上吸附原子的间接相互作用能

本文用紧束缚模型和单电子理论研究吸附原子间的间接相互作用能。讨论杂质的影响,发现掺杂Cu使相互作用能的峰值增大,峰的位置向耦合强度较大的方向移动;而掺杂Co情况则正好相反。利用相互作用能随吸附原子相对位置的变化,很好地解释了H和O在Ni(100)面上吸附时的层结构。还发现相互作用随耦合强度的减少呈现振荡衰减的趋势。

吸附O的Cu(110)c(2×1)表面原子结构和电子态

采用第一性原理的密度泛函理论方法计算了清洁Cu(110)表面和吸附O原子的Cu(110)c(2×1)表面的原子结构,结构弛豫和电子结构,得到了各种表面结构参数.分别计算了O原子在Cu(110)表面三个可能吸附位置吸附后的能量,并给出了能量最低的吸附位置上各层原子的弛豫特性和态密度.结果表明O吸附后的Cu(110)表面有附加列(added-row)再构的特性,O原子吸附在最表层铜原子上方,与衬底Cu原子的垂直距离为0.016nm,以氧分子为能量基准的吸附能为-1.94eV;同时由于Cu3d-O2p态的杂化作用使得低于费米能级5.5￣6.0eV的范围内出现了局域的表面态.计算得到清洁的和氧吸附的Cu(110)表面的功函数分别为4.51eV和4.68eV.电子态密度的结果表明:在Cu(110)c(2×1)表面O吸附的结构下,吸附O原子和金属衬底之间的结合主要是由于最表层Cu原子3d态和O原子2p态的相互作用.

氢原子在Ru(0001)表面的化学吸附

用密度泛函理论研究了氢原子的污染对于Ru(0001)表面结构的影响.通过PAW(projector-augmented wave)总能计算研究了p(1×1)、p(1×2)、(3～(1/2)×3～(1/2))R30°和p(2×2)等几种氢原子覆盖度下的吸附结构,以及在上述结构下Ru(0001)面fcc(面心立方)格点和hcp(六方密堆)格点的氢原子吸附.所得结果表明,在p(1×1)-H、p(1×2)-H、(3～(1/2)×3～(1/2))R30°-H和p(2×2)-H几种H原子覆盖度下,以p(1×1)-H结构单个氢原子吸附能为最大.在p(1×1)-H吸附结构下,由于氢原子吸附导致的Ru(0001)表面第一层Ru原子收缩的理论计算数值分别为-1.11%(hcp吸附)和-1.55%(fcc吸附),因此实际上最有可能的情况是两种吸附方式都有一定的几率.而实验中观察到的“清洁”Ru(0001)表面实际上是有少量氢原子污染的表面.不同覆盖度和氢分压下氢原子吸附的污染对Ru(0001)表面结构有极大的影响,其表面的各种特性都会随覆盖度的不同而产生相应的变化.

N掺杂碳纳米管环吸附Fe原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序研究N掺杂碳纳米管环结构在变形作用下,外壁对Fe原子的吸附能力.结果表明,构造出的新型纳米结构的结合能为负值,具有稳定存在的可能性;N掺杂碳纳米管环显著提高外壁对Fe原子的吸附能力,这是因为掺杂体系的活度增大,易与Fe原子间形成Fe-N共价结合键.线性增加拉伸和压缩变形幅度,结构外壁对Fe原子的吸附能呈抛物线式快速下降.相比之下,吸附能对拉伸变形更加敏感.

氢原子在Ti(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了氢原子的污染对于Ti(0001)表面结构的影响.通过PAW总能计算研究了p(1×1)、p(1×2)、("3×"3)R30°和p(2×2)等几种氢原子覆盖度下的吸附结构,以及在上述结构下Ti(0001)面fcc格点和hcp格点的氢原子吸附.结果表明,在p(1×1)-H、p(1×2)-H、("3×"3)R30°-H和p(2×2)-H几种H原子覆盖度下,以p(1×1)-H结构的单个氢原子吸附能为最大.在p(1×1)-H吸附结构下,由于氢原子吸附导致的Ti(0001)表面Ti原子层收缩的理论计算数值分别为-2.85%(hcp吸附)和-4.31%(fcc吸附),因此实际上最有可能的情况是两种吸附方式都有一定的几率.而实验中观察到的所谓“清洁”Ti(0001)表面实际上是有少量氢原子污染的表面.不同覆盖度和氢分压下,氢原子吸附的污染对Ti(0001)表面结构有极大的影响,其表面的各种特性都会随覆盖度的不同而产生相应的变化.

碳纳米管超晶格结构吸附Fe原子的电子机理

为了提高碳纳米管与Fe基体之间的润湿性,构造出N掺杂有限长碳纳米管超晶格结构.第一性原理能量计算结果表明,新型超晶格结构的埋置能正向升高,结构稳定性降低,但可以显著提高外壁对Fe原子的吸附能力.差分电荷密度结果表明,掺杂体系中N原子与邻近C原子间的π键出现了畸变,使得N原子易与Fe原子发生结合.布居数和电荷转移情况表明,N原子的掺入导致Fe原子失电子能力降低,但Fe—N间共价键强度提高.超晶格结构在一定的扭转和剪切变形下仍能保持对Fe原子的吸附能力.

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。

预置氢对Ti(0001)表面氮原子吸附影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了氮原子在Ti(0001)表面及次表面的吸附性质随覆盖率的变化规律,以及预吸附氢对表面氮原子吸附的影响。吸附能和表面电子结构的分析结果表明,N原子在Ti(0001)表面最稳定吸附位是hcp位,其次是fcc位;在次表面最稳定吸附位是oct位,其次是tetra位;N原子与基体Ti原子的成键及吸附能与覆盖度之间存在强烈的依赖关系,随着覆盖度的增加,键强增加,吸附能降低。在Ti(0001)次表面的oct位预置1个氢原子,次表面的H1s轨道与N2p及Ti3d轨道产生杂化,导致表面电子结构及吸附能发生变化,与未预置氢表面相比,吸附能增加,表面扩散能垒降低。

C原子在Cu(200)表面吸附的第一原理研究

采用第一原理密度泛函理论研究了C原子在Cu(200)表面吸附后的几何结构和电子结构,计算了C原子在Cu(200)表面的吸附能、Cu(200)表面的局部结构变化、表面电荷分布以及C原子吸附后的差分电荷密度。研究结果表明Cu(200)表面的Hollow位是C原子的最优吸附位,C原子与Cu原子之间形成化学键,在C原子和Cu表面之间存在电荷转移。

应力作用下吸附过渡金属原子的蓝磷单层中的拓扑转变

本文通过第一性原理计算方法研究了被第四B族过渡金属吸附原子(Cr,Mo,W)修饰的蓝磷单层的电子结构性质,发现Cr修饰的蓝磷单层为磁性半金属,而Mo或W修饰的蓝磷单层为半导体,其带隙均小于0.2 eV.对Mo或W修饰的蓝磷单层施加双轴压应力使得带隙先闭合再打开,且在此过程中发生了能带反转的现象,说明Mo或W修饰的蓝磷单层发生了拓扑转变.Mo和W修饰的蓝磷单层的拓扑转变压应力分别为-5.75%和-4.25%,其拓扑绝缘带隙分别为94 meV和218 meV.如此大的拓扑绝缘带隙意味着在较高温度条件下有可能在蓝磷单层中通过吸附过渡金属原子实现拓扑绝缘态.

碱性介质中界面电场对铁原子吸附修饰Pt(111)表面HER性能的影响

鉴于析氢反应(HER)与制氢技术直接相关,而氢气是氢经济中的能量载体,因此,深入理解析氢反应(HER)速率的控制参数非常重要.前期关于碱性介质中Ni(OH)_(2)修饰的Pt(111)上激光诱导温度跃迁(LITJ)实验结果已经揭示了界面电场对HER速率有较大影响.推测认为,少量的Ni(OH)_(2)会使电极的零自由电荷电势向析氢开始的方向负移,从而导致电场减弱.为进一步验证这一推测,本文将研究对象扩展到Fe(OH)_(2)修饰的Pt(111)表面,对其伏安特性进行分析.伏安图在析氢区域显示出一个峰,表明修饰层发生Fe(Ⅱ)到Fe(0)的转变.与库仑分析结果一致,OH吸附区的伏安特征与Fe物种被氧化至+3价有关.LITJ结果显示,亲氧的Fe物质与水分子之间存在强烈的相互作用,其使熵最大处的电势远离HER的开始电势.因此,最具催化性的表面应该是Fe覆盖度最低的表面.