煤表面分子对甲烷吸附力场研究

采用密度泛函理论DFT方法,建立煤大分子骨架模型,并以范德华力作用半径为边界条件,构建煤大分子对CH_4分子吸附的量子动力学模型,在6-311G++基组上对煤大分子骨架模型和吸附模型结构进行优化,通过密立根电荷量分析了煤大分子表面的吸附空位,以及甲烷气体分子从游离态到吸附态的物理结构和特性变化。研究结果表明,煤表面分子和甲烷分子之间的吸附力场主要是静电场,甲烷分子在吸附过程中被极化,产生电偶极矩,C-H分子键长增大,吸附质和吸附剂之间的范德华力主要是诱导力和色散力以及甲烷分子被极化后的取向力,煤大分子表面的吸附空位可以通过煤大分子中各原子的密立根电荷量分析定量确定,通过模型结构优化发现,同一吸附空位可以对应多种甲烷分子吸附平衡结构,煤对甲烷分子的吸附为多分子层吸附。     

CO吸附于PtRu合金(100)面上的DFT理论研究

采用DFT方法对CO吸附在PtRu(100)表面的吸附行为进行系统性的研究,分析了键参数及电子结构．结果表明Ru的加入确实能削弱CO在合金上的吸附并且活化CO分子．当Ru的含量达50％时,PtRu催化剂抗CO中毒能力最强．另外CO分子在合金表面的吸附还和其吸附位及表面原子排布有关,CO吸附在Pt上较吸附于Ru上更强,吸附位周围分布Ru较分布Pt更促进CO分子的活化．     

HCOOH在电极Pd(110)表面电吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合方法,对HCOOH分子在Pd(110)表面bridge,bidentate和unidentate三种形态吸附位进行吸附结构、Mulliken布居和振动频率等性质的计算;计算结果表明HCOOH在金属态表面bidentate为最稳定的吸附位,电极表面unidentate为最稳吸附位;HCOOH在电极表面的吸附远大于金属态表面的吸附能,表明电化学反应比普通化学反应容易进行.电极表面吸附的结构和频率分析显示,吸附过程中O—H、C—H键均伸长,v(O—H)键和v(C—H)振动频率均发生明显红移,表明H原子在吸附过程中容易断裂,脱离HCOOH分子.Mulliken电荷布居分析表明在电吸附过程中电子由HCOOH分子向Pd(110)表面进行转移,有利于电催化反应进行.     

含氧空位锐钛矿表面的非金属杂质对其吸附NH3特性的影响

【目的】金属氧化物光学气敏材料可用来灵敏检测环境气体成分及浓度,而对这一材料的掺杂是改善其光学气敏特性的一种重要途径。【方法】基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿Ti O2(101)表面掺杂非金属C、N、F对 NH3 分子吸附,对掺杂后锐钛矿 TiO2(101)表面结构的稳定性、NH3 分子吸附后表面结构的稳定性、态密度、电荷分布、差分电荷密 度、光学性质给以理论 分析。【结果】分析发现:非金属杂质C,N,F 易掺杂于有氧空位的TiO2(101)表面,且有基底的稳定性从大到小依次为 C,N,F;杂质元素掺杂于基底表面提高了基底表面氧空位的氧化性,更有助于NH3分子的吸附,且杂质元素对基底氧空位氧化性的贡献从小到大依次为 C,N,F;通过态密度和光学性质分析,NH3 分子吸附在 C和 N 掺杂于含氧空位 Ti O2(101)基底表面相对于无掺杂含氧空位 Ti O2(101)基底表面降低了材料在可见光范围内的利用率;而吸附在 F元素掺杂于含氧空位 Ti O2(101)基底表面对可见光范围内的利用率相对于吸附在无掺杂含氧空位Ti O2(101)基底表面的利用率提高了5倍。【结论】掺杂 F 元素显著的提高了材 料 的 光 学 气 敏 传 感能力。
     

甲醇在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化,对体系的吸附能、O-H键、C-O键和-CH3键等振动频率进行了计算,并对电子态密度(DOS)进行了分析.计算结果表明top位是比较有利的吸附位,但是吸附能较小,吸附后甲醇分子构型未发生较明显的变化.通过对吸附前后甲醇分子振动频率分析,发现甲醇吸附后O-H键比C-O键红移大,说明甲醇解离时O-H键比C-O键活化程度高.通过DOS分析发现甲醇主要是π轨道参与了成键.     

Au吸附在GaAs（110表面的研究

研究了Au吸附在GaAs(110)表面的吸附构型,并计算了表面态密度和表面能带结构.计算结果表明,可以认定Au与Ga的悬挂键杂化成键,从而引起2条附加的能带,一条位于禁带之中,距价带顶为0.9ev;另一条与价带共振,离价带顶为0.7ev,所得结果与实验结果相一致.     

Pt表面形貌对乙二醇分解机理的影响

运用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)结合平板模型,研究了乙二醇在不同形貌的Pt(111)表面(包括Pt(111),Pt(111)-step,Pt(111)-double-step)的分解反应机理。结果表明,乙二醇及其分解中间体的吸附热与不同形貌表面配位数有关,配位数越低,吸附能力越强。乙二醇的脱氢反应机理也与表面形貌有关。在Pt(111)和Pt(111)-step上,先是O—H键断裂,形成HOCH2CH2O中间体,然后是C—H键断裂,形成HOCH2CHO中间体;而在Pt(111)-doublestep上先是O—H键断裂,形成HOCH2CH2O中间体,之后仍是O—H键断裂,形成OCH2CH2O中间体。     

SP~3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:NOC,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3H2OCH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为NOC,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.     

Zr(0001)-(2×2)-O表面结构的分析

LEED强度的多重散射分析,进一步确定Zr与氧作用在低覆盖量下(<1ML),形成(2×2)-O结构,是氧吸附后进入Zr表面原子层下,占据八面体空位,形成有两层氧的under layer结构,Zr表面原子层有Fcc重构。分析得到的Zt-O键距为0.232nm,而Zr-Zr间距增大为0.268nm,比原来的距离增大约4.3％,这是由于氧插入的结果。     

表面增强拉曼光谱研究尼古丁与金属纳米粒子的相互作用

以金、银纳米及Au@Ag、Au-Ag合金复合纳米粒子为基底,研究尼古丁分子的表面增强拉曼光谱,讨论分子在4种纳米粒子表面的作用方式及可能的吸附取向.结果表明,分子在金纳米和Au-Ag合金纳米粒子表面的吸附取向相同——垂直吸附,不同的是与金纳米粒子形成了稳定的N-Au键;由于银纳米粒子和Au@Ag核壳纳米粒子表面均富含大...     

抗冻蛋白活性的吸附动力学模型

根据抗冻蛋白溶液中抗冻蛋白分子与冰晶表面相耳作用特点，提出抗冻蛋白与冰晶表面相互作用模型。进而，利用饱和分数与抗冻活性之间的关系，给出抗冻活性与抗冻蛋白浓度的理论关系。根据此关系做出了与实验数据符合较好的抗冻活性与抗冻蛋白浓度关系的理论曲线。另外，对抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用的特点作了进一步的讨论．     

第一类鱼抗冻蛋白分子对冰晶表面平衡结构的影响

根据冰晶生长理论,在一定的生长驱动力作用下,冰晶界面生长机制和动力学规律决定于冰晶界面的微观结构.从大分子溶液热力学性质出发,得到了结合抗冻蛋白后冰晶表面微观平衡结构的变化,并讨论了这种变化对冰晶生长形态的影响.结果显示抗冻蛋白造成冰晶表面微观平衡结构改变,是抗冻蛋白溶液中冰晶生长的形态与纯水中冰晶生长的形态有显著区别的原因之一.     

细粒酒精模型冰的物理性质研究

依据实测数据 ,给出酒精溶液冻结温度和制冰过程中冰池大厅气温、冰表面附近气温、冰温和溶液温度 .介绍模型冰密度、冰内未冻液体含量的实测方法和结果 .得出模型冰物理性质的制约因素和力学性质不受冰温控制的推论     

GMS红外通道实时资料遥感海冰的研究

利用１９９４年１，２月的ＧＭＳ－４的红外亮温和可见光反照率资料，以辽江湾海冰为对象，得到了海冰参数的提以方法和冰厚遥感数字分布。根据冰水物理特性的差异，建立了冰水识别的判据，发现用亮温可以较好地识别冰水，由此和到了冰水区分的亮温疮阀值。     

鱼抗冻多肽溶液中冰晶生长习性

分析了鱼抗冻多肽分子的结构特点和鱼抗冻多肽溶液中抗冻多肽分子（ＡＦ（Ｇ）Ｐ）与冰晶表面的相互作用机理．提出了鱼抗冻多肽溶液中的冰晶生长理论．合理地解释了冰晶生长的各向异性习性．并给出了周期性键链理论的一个定量形式．     

冰区海洋平台静态冰载荷概率特性分析

基于Monte Carlo法 ,对冰区海洋平台静态冰载荷的概率特性进行了分析。在平台设计评估载荷的计算中引入广义冰载荷“当量冰力”的概念 ,并用此概念对冰厚和冰强度的联合作用进行了评估。以渤海辽东湾 4个典型台站为例 ,分析了静态冰载荷主要影响因素的概率特性 ,给出了这几个台站附近海域当量冰力的概率分布参数 ,并定量分析了冰厚和气温对当量冰力的影响。模拟结果表明 ,应用Weibull分布描述概率当量冰力是可行的。此外 ,采用多年一遇的极值条件下冰参数组合求得的当量冰力值比Monte Carlo模拟结果保守得多 ,在工程应用中 ,可采用当量冰力作为平台设计载荷的基础。     

双参数冰厚传感器的设计与研制

为了解决单一参数冰厚传感器在测量中出现的漂移和误判现象,利用空气、冰与水的物理特性差异的原理,改进了传感器结构,通过同时采集冰内的双参数进行比对分析,可以更加准确的对冰层厚度进行测量和判断。经大量实验证明,本传感器对冰厚检测可行并测量准确。     

新型破冰结构破冰和保护能力试验研究

为降低大面积冰排对滩海区海上结构物的作用力,设计了一种新型破冰结构.利用破冰结构使大面积冰排发生弯曲破坏变成面积较小的破碎冰块,降低破冰结构后方被保护结构物上的冰力.以圆柱桩为例,通过试验对比冰排对圆柱桩挤压力以及破碎后的冰块对圆柱桩撞击力,检验破冰结构对圆柱桩的保护能力.另外,为检验破冰结构的稳定性,测试了冰排对破冰...     

极区船舶及海洋结构冰荷载的离散元分析

 冰荷载是影响极区船舶及海洋结构振动响应和疲劳寿命的重要因素。针对海冰的离散特性,分别采用具有黏结-破碎效应的球体单元、扩展圆盘单元以及基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元构造海冰离散单元模型,分析了船体、固定式、自升式以及浮式海洋结构的冰荷载特性及分布规律。此外,为计算海冰作用下海洋结构的振动响应,建立了相应的冰激结构振动的离散元-有限元模型。在上述基础上自主研发了基于图像处理单位（GPU）并行算法的海冰离散元软件（IceDEM）,实现了对船舶以及海洋平台结构冰荷载离散元分析的大规模计算。     

浅水区斜坡人工岛海冰危害及减灾措施

为减轻海冰对斜坡人工岛的灾害性影响,经过现场调查和分析,揭示了由于大面积冰盘的能量使其一部分与斜坡人工岛发生作用而产生爬坡、破坏和堆积现象,确定了斜坡人工岛前海冰堆积体的形状.现场调查和物理模型试验结果表明,采用曲面破冰结构诱导海冰在斜坡人工岛前形成堆积体,可以增加海冰接触人工岛的能量消耗,降低海冰对斜坡人工岛的危害.