LiNH2储氢材料中间隙H与掺杂原子交互作用对其释氢性能影响机理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,研究了LiNH₂缺陷及其掺杂原子交互作用对其释氢影响.通过对其进行优化求得它们的局域最稳定结构并计算了含间隙H原子缺陷的LiNH₂及其掺杂合金的结合能、间隙缺陷形成能、态密度和电荷布居.结果表明: 系统结合能不能反映LiNH₂及其掺杂合金的释氢性质;平衡时,LiNH₂中有一定的间隙氢原子存在,Mg,Ti掺杂使形成能大大降低,大大增大了间隙氢的浓度. 间隙H原子在带隙引入了缺陷能级使带隙大大减小,提高释氢能力.间隙H原子导致[NH₂]^-中N-H原子间相互作用减弱,容易释氢.间隙H与[NH₂]^-中N存在共价作用,可以解释LiNH₂释氢反应中NH₃的放出.当存在掺杂时,N-H键的键强不均衡,部分较弱,部分较强,较弱的N-H键中H容易放出. 关键词： 储氢材料 第一性原理 缺陷 释氢机理     

Pt掺杂MoSe2吸附CF3I分解组分的第一性原理研究

CF₃I作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘气体,在电气设备出现局部放电、过热等缺陷故障时,会产生C₂F₆和C₂F₄等强温室气体,为确保电力设备稳定运行,有必要对CF₃I典型分解组分吸附去除.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过吸附能、吸附距离、电荷转移和态密度等吸附指标,分别探究了不同数量Pt掺杂MoSe₂对C₂F₆和C₂F₄气体分子的吸附性能.研究结果表明：不同数量Pt掺杂在MoSe₂表面均存在稳定的掺杂结构,且相较本征MoSe₂,Pt掺杂后的MoSe₂导电性均得到了有效增强;Pt掺杂MoSe₂对CF₃I分解组分的吸附效果：Pt₂-MoSe₂>Pt-MoSe<...     

Mg原子修饰的封闭型六硼烷B6H62-储氢性质的研究

利用密度泛函理论的方法研究了Mg原子修饰的封闭型六 硼烷B₆H₆^2-吸附氢的性能. Mg可以稳定地结合在B₆H₆^2-上, 它可以吸附六个氢分子. 电荷转移所导致的Mg周围电场的增强和体系更大的偶极矩使 得MgB₆H₆^2-比MgB₆H₆具有更好的储氢性能, 储氢密度达到11.1 wt%, 氢分子的平均结合能在0.23 eV/H₂至0.34 eV/H₂之间. 结果表明可以通过控制金属-有机物体系的电荷态来增强电场, 进而改善其储氢性能. 关键词： 6H₆^2-团簇')" href="#">MgB₆H₆^2-团簇 密度泛函理论(DFT) 储氢性能 电荷态     

钚氧化物中氢行为的第一性原理研究

通过第一性原理计算和原子级热力学方法，系统研究H、H₂在PuO₂和α-Pu₂O₃中的吸附、扩散和溶解行为.研究发现：氢的上述行为均是吸热过程，但在α-Pu₂O₃与PuO₂中有显著不同：在α-Pu₂O₃中H可自发聚合成H₂，但在PuO₂中H难再聚合；在α-Pu₂O₃中H、H₂均能扩散，通常H会聚合成H₂再扩散，在PuO₂中H₂解离后才能扩散，且PuO₂中H沿高势能面的扩散比α-Pu₂O₃中H₂扩散更容易；在氢压、温度驱动下，氢在α-Pu₂O₃中存在H₂溶解到H+H₂混合溶解机制的转变，平衡气压P_H2远小于H在PuO₂中溶解的情况.基于此，给出PuO₂和α-Pu₂O₃中氢行为的微观图像和PuO₂的阻氢微观机制：PuO₂表面限制H₂解离、渗透，PuO₂块体限制H的溶解，但不阻止H扩散.结合钚氧化层表面氢行为研究获得了钚氢化孕育期的微观机制，为孕育期全过程理论建模提供依据.     

Fe，Ag掺杂单层MoSe2光电性质的第一性原理计算

本文基于第一性原理分别计算了Fe, Ag掺杂对单层MoSe₂电子结构和光电效应的影响,结果表明:与本征单层MoSe₂相比,Fe, Ag掺杂体系的能带更加密集,且费米能级附近均出现了较多杂质能带;通过对分波态密度进行分析,发现其分别是由Fe-3d、Se-4p轨道和Se-4p、Mo-4d轨道所贡献.在近乎整个可见光范围内,Fe, Ag掺杂有效加强了单层MoSe₂的光响应能力,其中Ag掺杂效果最好;这可以归结于掺杂显著改变了单层MoSe₂费米能级附近的能带结构.即掺杂进一步减小了体系的带隙,更有利于电子跃迁,进而产生较大的光响应.研究结果可为单层MoSe₂在光电器件的实际应用提供一定的理论参考.     

Cu纳米粒催化CO2还原反应机理的理论研究

此文采用密度泛函理论,研究了Cu₃₈纳米粒催化剂模型,分别研究了CO₂和H₂O分子在催化剂上不同吸附位,确了稳定的吸附构型,并进一步研究了CO₂催化还原反应机理,确定催化剂的活性.本文主要研究催化CO₂还原生成CO过程,研究了两条可行的反应路径,路径I为水分子的H原子直接转移到CO₂上,路径II为H原子先迁移到Cu₃₈纳米粒上再转移到CO₂上,研究结果发现此步反应机理路径I优先.从微观角度解释了实验研究结果.     

Ni(111)表面一氧化碳和氢共吸附的密度泛函理论研究

本文用密度泛函理论(DFT)的总能计算研究了一氧化碳和氢原子在Ni(111)表面上p(2×2)共吸附系统的原子结构和电子态，结果表明CO和H原子分别被吸附于两个对角p(1×1)元胞的hcp和fcc位置.以氢分子和CO分子作为能量参考点，总吸附能为2.81 eV，相应的共吸附表面功函数φ为6.28 eV.计算得到的C—O，C—Ni和H—Ni的键长分别是1.19?, 1.96?和 1.71?，并且CO分子以C原子处于hcp的谷位与金属衬底原子结合.衬底Ni(111)的最外两层的晶面间距在吸附后的相对变化分别是 关键词： Fisher-Tropsch反应 催化作用 Ni(111) p(2×2)/(CO+H) 共吸附     

Pd与CeO2(111)面的相互作用的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave) 赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型，用第一性原理计算方法，计算并分析了Pd在CeO₂(111)面上不同覆盖度时的吸附能，价键结构和局域电子结构. 考虑了单层Pd和1/4单层Pd两种覆盖度吸附的情况. 结果表明：1)在单层吸附时，Pd的最佳吸附位置是O的顶位偏向Ce的桥位；在1/4单层吸附时，Pd最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附.2) 单层覆盖度吸附时，吸附原子Pd之间的作用较强；1/4单 关键词： 三元催化剂 Pd 2')" href="#">CeO₂ 吸附 密度泛函理论     

Rb原子修饰缺陷h-BN单层储氢性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统的研究了碱金属Rb原子修饰具有空位缺陷h-BN单层体系的储氢性能.发现Rb原子可稳定吸附在h-BN单层的B单空位缺陷(V_B)上,且Rb原子间无团簇倾向,单个Rb原子最多可稳定吸附5个H₂分子,H₂分子平均吸附能在0.18-0.21 eV范围内.电子结构分析表明H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Rb修饰的缺陷h-BN单层体系上.Rb双侧修饰缺陷h-BN单层体系的理论储氢质量比可以达到5.0 wt%.基于范特霍夫方程和从头算分子动力学(AIMD)模拟对储氢体系的热力学稳定性进行了进一步的研究.     

双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

Enhancing hydrogen evolution of MoS2 basal planes by combining single-boron catalyst and compressive strain

MoS₂ is a promising candidate for hydrogen evolution reaction (HER), while its active sites are mainly distributed on the edge sites rather than the basal plane sites. Herein, a strategy to overcome the inertness of the MoS₂ basal surface and achieve high HER activity by combining single-boron catalyst and compressive strain was reported through density functional theory (DFT) computations. The ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation on B@MoS₂ suggests high thermodynamic and kinetic stability. We found that the rather strong adsorption of hydrogen by B@MoS₂ can be alleviated by stress engineering. The optimal stress of −7% can achieve a nearly zero value of ΔG_H (~ −0.084 eV), which is close to that of the ideal Pt–SACs for HER. The novel HER activity is attributed to (i) the B– doping brings the active site to the basal plane of MoS₂ and reduces the band-gap, thereby increasing the conductivity; (ii) the compressive stress regulates the number of charge transfer between (H)–(B)–(MoS₂), weakening the adsorption energy of hydrogen on B@MoS₂. Moreover, we constructed a SiN/B@MoS₂ heterojunction, which introduces an 8.6% compressive stress for B@MoS₂ and yields an ideal ΔGH. This work provides an effective means to achieve high intrinsic HER activity for MoS₂.     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

Na_2~+离子较低电子态势能曲线和光谱常数的理论研究

通过多组态相互作用方法,结合原子有效芯势与极化势,利用非收缩的高斯基函数,计算了Na_2~+分子对应最低9个解离限的36个电子态的势能曲线.基于计算获得的束缚态势能曲线,拟合给出了相应的光谱常数,并与已有的实验和理论结果进行了比较.同时,给出了部分电子态的振动-转动能级和一些同类态避免交叉点的信息.计算获得的光谱信息对冷原子分子光谱与动力学的研究具有参考价值.     

三联吡啶钌超分子包合物及其SiO2复合纳米粒的电化学发光信号放大

利用环糊精类物质能够形成超分子包合物的性质,研究了电中性的β-环糊精（β-CD）和负电性的羧甲基-β-环糊精（CM-β-CD）与电化学发光（ECL）活性物质三联吡啶钌（Ru（bpy）₃²⁺）形成超分子包合物的能力及其对ECL的增强作用。结果表明：形成的超分子包合物能够增强Ru（bpy）₃²⁺的ECL,其中CM-β-CD具有更强的增强作用。相对于Ru（bpy）₃²⁺,CM-β-CD增强了1.42倍,而β-CD仅为1.28倍。以制备的表面电荷为负的SiO₂纳米粒为载体,考察了其对Ru（bpy）₃²⁺超分子包合物的吸附能力。结果表明,与Ru（bpy）₃²⁺的CM-β-CD超分子包合物相比,SiO₂纳米粒载体对Ru（bpy）₃²⁺的β-CD 超分子包合物表现出了更强的吸附能力。制备了ECL信号放大能力最强的β-CD-Ru（bpy）₃²⁺超分子包合物的SiO₂复合纳米粒。     

Identification of the phosphorus-doping defect in MgS as a potential qubit

The P_S defect is obtained by replacing one S atom with one P atom in the wide-bandgap semiconductor MgS. Based on first-principles calculations, the formation energy, defect levels, and electronic structure of the P_S defect in different charge states are evaluated. We predict that the neutral P_S⁰ and positively charged P_S⁺¹ are the plausible qubit candidates for the construction of quantum systems, since they maintain the spin conservation during optical excited transition. The zero-phonon lines at the P_S⁰ and P_S⁺¹ defects are 0.43 eV and 0.21 eV, respectively, which fall in the infrared band. In addition, the zero-field splitting parameter D of the P_S⁺¹ with spin-triplet is 2920 MHz, which is in the range of microwave, showing that the P_S⁺¹ defect can be manipulated by microwave. Finally, the principal values of the hyperfine tensor are examined, it is found that they decay exponentially with the distance from the defect site.     

圆筒内氢等离子体非定常化学反应羽流场DSMC分析

利用直接模拟Monte Carlo方法研究圆筒侧壁注入氢等离子体羽流场在8×10^-6s内的非定常流动特性.根据Bird的化学反应模型考虑离解-复合反应模型和电荷转移反应模型.在流场中注入H₂、H、金属原子X、H₂⁺和H⁺五种组分,研究离解-复合反应对流场中粒子分布和密度的影响,结果表明离解-复合反应使H₂数密度降低,H数密度增加,说明在流场中H₂的离解反应速率大于H的复合反应速率.加入电荷转移反应后H₂⁺数密度降低,H⁺数密度增加,对其他组分数密度没有显著影响.     

Quark model relation for kaon charge radii

We derive the equation r_E²(K⁰)/r_E²(K⁺) = m_s² − m_n²))/(2m_s² + m_n²) relating the kaon electric charge radii and the strange (m_s) and non-strange (m_n) quark masses in the nonrelativistic quark model, and suggest an inequality which we expect to hold in the presence of relativistic corrections. New data for these charge radii are presently being analysed by two experimental groups.     

An XPS study of SO2 ON A CaO surface derived from Ca(OH)2

The adsorption of SO₂ on a CaO surface derived from Ca(OH)₂ has been studied by X-ray photoelectron Spectroscopy. It is shown that SO₂ adsorbs molecularly on the CaO surface forming SO₃²⁻ and SO₄²⁻. The adsorbate SO₃²⁻ species shift the Ca2p core levels about 2 eV toward higher binding energy. However, the formation of SO₄²⁻ species does not induce any further observable changes in the Ca core line spectra. These results are explained and discussed in terms of an electronic charge transfer from the substrate metal atoms to the adsorbed molecules and vice versa.     

单层WSe2、MoSe2激子发光的压力诱导K-Λ交互转变

采用机械剥离法在金刚石对顶砧中制备了单层WSe₂和MoSe₂样品,利用高压微区荧光光谱测量技术,在氩传压介质环境下对其激子发光行为进行了高压调控研究。其中单层WSe₂的中性和负电激子演化趋势在2.43 GPa处出现拐点,单层MoSe₂中性激子发光在3.7 GPa处发生了劈裂。结合第一性原理计算分析,确认该不连续现象的产生机制为压力诱导的导带底K-Λ交互转变。该结果可以扩大至整个二维层状材料体系,为发展激子器件垫定基础。