SrO分子在GaN(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

建立了SrO/GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法对SrO分子的吸附生长进行了计算,详细研究了SrO分子在表面的吸附位置、吸附能及表面化学键特性。计算发现,SrO分子在GaN(0001)表面吸附不会发生分解,最稳定吸附位为Ga桥位,吸附能达到7.257~7.264 eV。通过电荷布居数和态密度分析,SrO分子吸附后O与表面的一个Ga原子形成的化学键表现出共价键特征,电子由SrO转移给表面部分Ga原子,GaN(0001)仍存在表面态。     

氧原子在Pt/Ni(111)合金表面扩散和次表面渗透的密度泛函理论研究

氧原子在Pt(111)/Ni(111)合金表面及其次表面的吸附、扩散和渗透是理解燃料电池阴极材料表面氧化的基础。研究人员采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了氧原子的吸附、扩散和渗透过程。结果表明:氧原子在纯金属表面更容易发生扩散,在Pt(111)-skin-Pt3Ni表面吸附后更容易跨越势垒向材料内部渗透。     

SrTiO3材料中氧空位的密度泛函理论

计算了SrTiO3-δ（δ=0，δ=0．125）体系电子结构，分析了氧空位对SrTiO3晶体的价键结构、能带、态密度、分波态密度、差分电荷密度的影响。所有计算都是基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。计算结果表明：当氧空位浓度δ=0．125时，空位在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子，费米能级进入导带，体系显示金属型导电性。由于空位掺杂，导带底附近的态密度发生了畸变，刚性能带模型不再适合描述SrTiO2.875体系。同时，在导带底附近距离费米能级0．3eV处引入了空位能级，这和实验测得的SrTiO3材料内中性氧空位的电离能约为0．4eV相符。此外，Mulliken布局分析、分波态密度和差分电荷密度分析表明，该空位能级主要由与其最近邻的两个Ti原子的3d电子态贡献，并且由该空位引入的导电电子大部分都局域在空位最近邻的两个Ti原子周围。最后，计算了三种典型平衡条件下SrTiO3晶体内中性氧空位的形成能。     

Si表面吸附GaN的第一性原理研究

为了更好地了解Si表面对CaN的吸附,利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了Si(100)和Si(111)弛豫表面分别吸附GaN的电子结构、吸附能大小以及其态密度图.计算结果表明,相对于Si(111)表面,Si(100)表面更容易吸附GaN,在同等实验条件下,在Si(100)表面应更容易沉积GaN薄膜.采用ECR-MOPECVD工艺,于低温下在Si(100)衬底上沉积得到了GaN薄膜,XRD谱图表明该薄膜是一种晶体结构和无定形结构的混合结构.     

镍晶格稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理总能赝势平面波方法计算了Ni不同晶体结构的晶格常数、总能和态密度,并与第一性原理投影缀加波方法、CALPHAD方法的结果以及实验值进行了对比.电子结构的计算结果表明Ni的大部分S态电子已转化为成键能力更强的P和d态电子,从而增强了晶格稳定性.     

用密度泛函理论研究汞在CeO_2(111)表面的吸附

采用密度泛函理论计算了Hg、HgCl、HgCl_2在CeO_2(111)表面的吸附构型、吸附能和态密度。结果表明,Hg在CeO_2(111)表面属于弱化学吸附。HgCl与CeO_2(111)表面为强化学吸附,是反应的重要中间体。HgCl_2在CeO_2(111)表面是物理吸附,易发生解离,脱除。氯对于汞的吸附和氧化产生较强的影响,这与实验结果相一致。基于计算结果,得到汞在CeO_2(111)表面的反应机理。     

N与Cr/Mn共掺杂及NH3吸附锐钛矿型TiO2的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论(density functional theory)简称DFT中的Castep(MS6.0)软件包进行仿真模拟计算,全面系统分析了纯TiO2、氮(N)与铬(Cr)、锰(Mn)共掺杂及NH3吸附含氧空位缺陷的锐钛矿型TiO2能带结构图、态密度图和光学性质图.分析表明:金属(Cr/Mn)与非金属N共掺...     

第一性原理方法探讨氮气在UO2(111)表面的吸附行为

采用第一性原理计算模拟方法对氮气分子及原子在UO2(111)表面的吸附行为进行了系统的研究。计算结果表明,N2在UO2(111)表面倾向于以分子吸附的形式存在,其最稳定的吸附构型为分子中心位于氧原子顶部或三重洞位的情形。两种构型下的N-N键的两端均指向相邻的另外两个高对称吸附位置。对于氮原子的表面吸附,发现其位于第二子层的铀原子的上方时最为稳定,吸附能为-4.792eV,为较强的化学吸附。而对次表面吸附的考察发现,氮原子嵌入最外氧原子层时的稳定性高于表面上吸附的情形。态密度分析表明,对于氮原子吸附,N 2p与U 5f电子态在费米能级附近有非常明显的轨道杂化,表明氮原子主要与铀原子发生了化学作用,N-U键存在共价成分。     

碳原子环对水分子吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了碳原子环对水分子的吸附行为,比较了不同吸附位置下体系能隙、费米能以及吸收光谱的区别.研究结果表明,碳原子环上的水分子吸附只是物理吸附,且水分子吸附位置不同对体系的电学与光学性能产生显著影响.特别是水分子的吸附为放热过程,由于水分子吸附,使体系的能隙以及费米能级发生改变,将影响体系的物理化学性质.此基础上研究了体系的吸收光谱,计算结果发现,体系的吸收峰位置会随水分子吸附位置的改变而发生振荡移动.     

碳纳米管低温吸附储氢特性的密度泛函理论(DFT)研究

应用密度泛函理论（DFT）分析了与常温、高压储氢试验和计算机分子模拟有相同管结构参数碳纳米管的低温吸附储氢性能。理论计算包括定压下,管内密度分布与温度变化的关系,定温、定压下,纳米结构变化对密度分布的影响,碳纳米管可利用容积比率（UCR）与系统压力、温度的关系,典型管径碳纳米管的吸附等温线。计算结果显示了碳纳米管良好的低温吸附储氢潜力。     

镍间隙掺杂硅纳米线电子结构的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对[100]方向镍间隙掺杂硅纳米线结构的稳定性和电子性质进行了计算。计算结果表明Ni原子更喜欢占据硅纳米线内部六角形间隙位置;掺杂体系费米能级附近的电子态密度来源于Ni3d态电子的贡献;同时发现不同构型的Ni掺杂硅纳米线,其带隙不同,且与未掺杂硅纳米线相比,带隙普遍减小。     

掺杂和修饰的石墨烯对半胱氨酸吸附性能的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论计算了掺杂或修饰Al或Mn原子的石墨烯对半胱氨酸的吸附性能。计算结果表明,掺杂或修饰Al或Mn原子后,Graphene与半胱氨酸之间结合稳定,具有较大的结合能。其中掺杂或修饰Mn原子的体系的吸附能整体高于掺杂或修饰Al原子的体系。石墨烯上修饰或掺杂Al或Mn原子,增加了石墨烯基底与半胱氨酸之间的电荷转移,特别是修饰方式显著改变了费米能级附近的性质,同时改变了Graphene的电导性质。Al或Mn原子修饰或者掺杂的Graphene除了增加对半胱氨酸吸附能力外,也是一种潜在的检测半胱氨酸的传感器材料,进而在生物领域得到更广泛的应用,比如用来检测富含半胱氨酸的金属硫蛋白。     

甲醛在TiO2表面吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了HCHO分子在TiO2金红石(110)面和锐钛矿(101)面上的吸附,结果表明甲醛在这些面上均能形成稳定的化学吸附与物理吸附。在物理吸附中,分子构型受吸附的影响均十分微弱。而在化学吸附中,甲醛分子明显变形,甲醛分子与表面的2配位O原子(O2C)一起形成双氧甲基(CH2O2)物种。化学吸附导致HCHO分子中的羰基延长14%~17%,表明吸附削弱了分子内原子之间的作用,从而有利于分解。此外,在这两种表面中,金红石(110)面对HCHO较强的吸附显示了其活性比锐钛矿(101)面高。     

甲烷在硅(110)圆孔表面物理吸附特征的对比

基于第一性原理广义梯度近似的方法(GGA)对比研究了甲烷分子在多孔硅(110)不同位置分布的圆孔表面物理极化特征.计算结果表明:相邻孔的位置分布及其内部吸附的甲烷分子间的作用会影响甲烷在圆孔表面的吸附特征.吸附后甲烷的C-H键布局增加,C-H键长变化很小,圆孔表面硅原子的少量电子转移至甲烷,甲烷成键轨道的态密度的离域性增加.同时发现单个甲烷分子在竖直分布圆孔表面吸附时,甲烷吸附能较大而且系统的结构相对稳定.     

Ba2+在KDP(100)表面吸附的密度泛函理论研究

为了研究Ba~(2+)与KDP晶体表面相互作用的本质,采用密度泛函理论(DFT)方法对Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附行为进行计算。结果表明:Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附能为负值,吸附过程为自发的放热反应。通过结构优化得到3种稳定的吸附构型,最终吸附位置为O原子的顶位或两个O原子之间的桥位。当Ba~(2+)位于磷酸根基团中的两个O原子之间的桥位时,吸附最稳定。在3种吸附构型中,Ba~(2+)与表面O原子均通过离子键结合,而与表面最外层H原子则会产生一定的共价相互作用。另外,Ba~(2+)吸附使KDP(100)表面的P—O键、H—O键以及K—O键有不同程度的伸长或缩短,同时表面的氢键结构也发生了明显的变化。     

H_2反应球磨Mg-Ge混合物体系解氢能力的密度泛函理论研究

通过采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算H2反应球磨Mg-Ge混合物体系氢化相的能量与电子结构,结果发现:不同含量Ge固溶于MgH2形成的(MgGe)H2固溶体,与未进行Ge合金化的MgH2体系相比,体系相结构稳定性变差;Ge在MgH2中固溶量达到一定程度时,发生2MgH2+GeMg2Ge+2H2化学反应,此时体系解氢能力虽与未合金化时相比有所增强,但不及Ge固溶MgH2体系时的情形;Ge合金化提高MgH2体系解氢能力的主要原因在于Ge与Mg原子之间的成键作用导致H与其近邻的Mg原子之间的成键作用减弱。     

CrTe的半金属性和CrTe/ZnTe异质结的自旋二极管效应研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,对闪锌矿结构CrTe和CrTe/ZnTe(001)异质结的电子结构和自旋极化输运性质进行了计算研究。结果表明,CrTe是一种很好的半金属铁磁体,具有4.00μB/分子的磁矩和很大的半金属隙(0.84eV)。计算得到的电流-电压曲线显示CrTe/ZnTe(001)异质结具有优良的自旋二极管效应,因此,CrTe在自旋电子器件中应该有一定的应用。并从能带理论角度解释了CrTe/ZnTe(001)异质结中产生自旋二极管效应的机理。     

基于密度泛函理论研究磷建筑石膏晶体表面吸附丁二酸转晶机理

基于密度泛函理论的第一性原理,对磷石膏晶面及吸附物丁二酸构型进行了优化,通过丁二酸与晶体表面的吸附模型计算模拟了丁二酸以三种不同的吸附方式分别与晶面发生反应,结果发现丁二酸最可能的吸附方式为丁二酸羧基中双键氧原子被晶面上的Ca原子垂直吸附,且为化学吸附。采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱分析了丁二酸对磷石膏晶体形貌及表面电子结合能的影响,并测得不同掺量丁二酸作用下磷石膏的抗折、抗压强度。研究发现,丁二酸中羟基与磷石膏晶面Ca元素发生了表面化学作用,与模拟结果基本一致,丁二酸吸附于磷石膏晶面的作用机理表现为丁二酸中O的2p和H的1s轨道中的电子向晶面上Ca的3d轨道发生了迁移。在杂质预处理过程中,丁二酸添加量为磷石膏用量的0.2%时磷石膏的抗折、抗压强度最大,分别为6.9 MPa和31.6 MPa。     

Li在石墨烯表面吸附与迁移的第一性原理研究

本工作研究了Li在石墨烯表面的吸附和迁移行为。基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了Li在本征石墨烯表面的吸附特性和迁移行为以及石墨烯吸附Li前后的能带结构、态密度、电荷转移、差分电荷密度。Li在4×4石墨烯表面的扩散能垒为0.336 eV,其在C6环芯位的吸附能为1.569 eV,电荷转移量为0.870 7e,Li原子的2p轨道和C原子的2p轨道出现杂化。Li主要通过跨越C-C键桥位而在相邻C_6环芯位间实现平行于石墨烯表面的连续扩散,Li原子在石墨烯表面的最稳定吸附位为C_6环芯位,吸附Li后的石墨烯+Li体系显示出金属性,且Li与石墨烯间同时存在离子键和共价键。