苯分子在Cu(100)面平板模型上吸附的密度泛函理论研究

使用量子化学中的密度泛函理论和平板周期模型方法,研究了苯在Cu(100)面上的吸附方式和相对稳定性.计算结果表明,苯在Cu(100)表面的吸附属于较强的化学作用,稳定性穴位优于桥位,顶位吸附最不稳定.在吸附过程中,C—C键有相对大的伸长,C—H键的键长变化较小,但是偏离苯环平面,并背离固体表面,顶位则是朝向表面.吸附过程中,发生了电子从苯向铜原子的转移.

苯在Au(100)表面化学吸附的周期性密度泛函理论研究

采用局域密度泛函理论(LDA)的VWN方法,结合周期平板模型,在DNP基组下,研究了苯分子在Au(100)面的吸附情况.构型优化的结果表明,苯分子在穴位吸附活性最高,吸附能为-184.8～-184.3kJ·mol-1,苯环发生扭曲,C—C键明显拉长,出现了介于苯和1,4-环己二烯之间的船状构型,船头的2个C原子从sp2杂化重新进行sp3杂化.苯分子在桥位和顶位的吸附活性较低,吸附能分别为-156.7～-145.3kJ·mol-1、-116.5～-117.0kJ·mol-1,苯分子构型有稍微的改变.轨道分析的结果还表明,吸附之后苯分子的轨道简并度降低,苯分子的LUMO轨道和邻近Au原子的dz2轨道叠加比较好,两个对位的C原子以双σ键形式连接到表面邻近的Au原子上.

周期性密度泛函理论研究NO在Cu_2O(111)表面上的吸附

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PBE方法结合周期平板模型,在DND基组下,研究了NO以N端和O端两种吸附取向在Cu2O(111)非极性表面上的吸附。通过对不同吸附位置的吸附能和几何构型参数的计算和比较发现:表面上配位不饱和的铜离子(CuCUS)为活性吸附位;NO的N端吸附比O端吸附更为有利,N端吸附时吸附能可达到113.5kJ·mol-1,而O端情况下只有39.7kJ·mol-1;NO倾斜吸附在Cu2O(111)表面上,O端吸附时倾斜度更大。在两种吸附取向情况下,N-O键的伸缩振动频率都发生了较大的红移,N端吸附情况下红移150cm-1,O端时红移330cm-1。前线轨道分析表明,Cu与NO间的吸附作用主要是Cu的d轨道和NO的π*轨道间的相互作用。表面弛豫的计算表明,Cu2O(111)面的弛豫对O端吸附方式产生较大影响,考虑表面弛豫时O端吸附为很弱的化学吸附(吸附能为39.7kJ·mol-1),而没有考虑弛豫时吸附能为60.5kJ·mol-1。

苯在Ag(100)表面吸附的周期性密度泛函理论研究

采用量子化学中的密度泛函理论结合平板周期模型方法,研究了苯在Ag(100)面上的吸附方式和相对稳定性.通过对不同吸附位置的吸附能和几何构型参数的比较发现,苯在Ag(100)表面的吸附属于较强的化学作用,穴位吸附的稳定性优于桥位,顶位吸附最不稳定.吸附的苯分子的平衡构型发生扭曲,C-C键有较大程度的伸长;C-H键的键长基本不变,但是偏离苯环平面,并背离Ag(100)表面.在吸附过程中,电子由苯向表面银原子转移.本文给出了详细的轨道示意图和电荷布居分析,并且与相关的实验和理论研究结果进行了比较.

甲醛在CeO_2(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论和周期平板模型,研究了甲醛在以桥氧为端面的CeO2(111)稳定表面上的吸附行为.通过对不同覆盖度,不同吸附位的甲醛吸附构型、吸附能及电子态密度的分析发现,甲醛在CeO2(111)表面存在化学吸附与物理吸附两种情况.化学吸附结构中甲醛的碳、氧原子分别与表面的氧、铈原子发生相互作用,形成CH2O2物种;吸附能随着覆盖度的增加而减小.与自由甲醛分子相比,物理吸附的甲醛构型变化不大,其吸附能较小.利用CNEB(climbing nudged elastic band)方法计算了甲醛在CeO2(111)表面的初步解离反应活化能(约1.71eV),远高于甲醛脱附能垒,这与甲醛在清洁CeO2(111)表面程序升温脱附实验中产物主要为甲醛的结果相一致.

NO双分子在Cu_2O(111)面吸附与解离的理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期平板模型方法,在DNP基组下,研究了NO双分子在三重态和单重态两种电子组态下在Cu2O(111)完整表面的吸附情况.考虑了Cu+(NO)(NO)、Cu+(NO)(ON)及Cu+(ON)(ON)这三种构型,计算了它们的吸附能和Mulliken电荷,分析并预测了吸附后可能产生的物种.结果表明,当两个NO分子都以O端吸附在Cu2O(111)表面时即Cu+(ON)(ON)构型,N—N键长很短,只有124.4pm,吸附的两个NO分子形成了二聚体形式,这种吸附构型有利于进一步离解产生N2或N2O并形成Cu-O表面物种.

氧在CuCl(111)表面吸附的密度泛函理论研究

运用广义梯度密度泛函理论的PW91方法结合周期平板模型,在DNP基组下研究了氧分子和氧原子在CuCl(111)表面上的吸附.对氧分子在CuCl(111)表面吸附的相关计算和比较发现,覆盖度为0.25单层时的吸附构型为稳定的吸附构型,氧分子倾斜地吸附在CuCl(111)表面的顶位时比较稳定,吸附后O2分子的伸缩振动频率与自由O2分子相比发生了红移.态密度和Mulliken电荷布居分析结果表明,整个吸附体系发生了由Cu原子向O2分子的电荷转移.氧原子在CuCl(111)表面吸附的计算结果表明,氧原子倾向于以穴位(hollow)吸附在CuCl(111)表面,通过Mulliken电荷布居和态密度分析对氧原子在CuCl表面的吸附行为作了进一步探讨.

水分子在SnO_2(110)表面吸附特性的密度泛函计算

根据密度泛函理论,采用广义密度近似,建立了水分子在SnO2(110)面不同吸附位的周期平板模型,研究了水分子在SnO2(110)表面的吸附特性.结果表明:发生在Sn5C吸附位的水分子平行于表面和水分子以H原子向上垂直于表面的两种吸附方式为稳定吸附.对两种稳定吸附方式下电子态密度及电荷转移进行了分析,发现两种吸附方式均使体系费米能向高能量方向移动,同时两种方式下水分子向SnO2表面提供的电子数分别为0.09 e和0.08 e.提出水分子与CO分子对表面同一吸附点存在着竞争吸附,是湿度影响CO气体传感器电导灵敏度的主要原因.

甲烷在Ni(110)面吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA/PW91),结合周期平板模型,研究了甲烷在Ni(110)面不同位置的吸附行为,找到最稳定的吸附方式,并对其稳定结构进行电荷和态密度分析.结果表明:甲烷在Ni(110)面24种吸附方式中,顶位T4的吸附能(4.59kJ/mol)最大,是最稳定的吸附方式,且为物理吸附;从C-H键长和CH4吸附前后的振动频率分析可知,C-H1或C-H4键易断裂;通过Mulliken电荷布居的分析可知,相对于吸附前,吸附后电子从被吸附物Ni的4s、4p轨道以及吸附物中C的2s、2p轨道转移给吸附物中H1或H4的1s轨道;能带结构和态密度分析表明,在-10^-5eV的能带区间出现了新峰,该能带由C的2p轨道、H的1s轨道以及Ni的4s、4p轨道构成,说明CH4在Ni(110)晶面吸附有相互作用.