H2S在五边形BCN上的吸附与解离的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H2S分子在五边形BCN上的吸附与解离过程. 研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H2S分子的最稳定的活性吸附位点. H2S分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.208 eV,并形成稳定的HS/H产物. 深入研究发现,H2S分子初步解离后的五边形BCN表面,可直接分解后续吸附的H2S分子. 该研究结果为五边形BCN对H2S分子的吸附解离机制提供理论借鉴,并且首次提出五边形BCN可作为功能性材料净化有害气体H2S的理想候选者.     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层（ML）,0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H₂O在SrTiO₃-（001）TiO₂表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带（nudged elastic band）方法计算了H₂O的解离势垒.结果表明：在低吸附率（0.25ML和0.5ML）时,H₂O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附（吸附率为1ML）时,分子吸附更稳定.基于对H₂O分子与表面之间以及H₂O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H₂O吸附和解离的影响. 关键词： 2O')" href="#">H₂O 吸附 3-（001）TiO₂表面')" href="#">SrTiO₃-（001）TiO₂表面 密度泛函理论     

Li修饰的C$lt;sub$gt;6$lt;/sub$gt;分子对H$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O的吸附研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似研究C₆Li吸附H₂O分子并将之进行分解的催化过程. 几何优化发现：Li原子最稳定的吸附位置是位于C 原子顶位上方. 研究表明,第一个H₂O 分子吸附在C₆Li上需要克服1.77 eV的能量势垒,然后分解为H和OH且与Li原子成键. 当吸附第二个H₂O分子时,第二个H₂O分子需要克服1.2 eV的能量势垒分解为H和OH,其中H与Li原子上的H原子结合成H₂,OH则替代Li 原子上的H结合在Li原子上. 因此C₆Li 可以作为催化剂将H₂O分子进行分解得到H₂. 分析可知：C₆Li主要是通过Li原子与H₂O之间形成的偶极矩作用来吸附H₂O 分子,与C₆₀Li₁₂ 的储氢机制类似. 研究结果可为储氢材料的制备提供一个新的思路. 关键词： 6')" href="#">C₆ Li 2O')" href="#">H₂O 密度泛函理论     

H2O分子在Fe（100）, Fe（110）, Fe（111）表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H₂O分子在Fe（100）,Fe（110）,Fe（111）三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H₂O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H₂O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H₂O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H₂O分子与Fe（111）晶面的相互作用最强,其次是Fe（100）,相互作用最弱的是Fe（110）表面,而这与晶面原子 关键词： 第一性原理 Fe单晶表面 2O分子')" href="#">H₂O分子 分子吸附     

分子动力学模拟方解石和白云石润湿性

利用分子动力学模拟研究油水分子在方解石和白云石表面的吸附,分析体系的平衡构型、相对浓度、径向分布函数和吸附能,研究方解石和白云石的亲水性并对比二者差异.根据油水分子吸附规律分析方解石/白云石-油水体系作用机理.研究表明：白云石-油水体系更易达到热力学稳定状态并且体系更加稳定;方解石和白云石表面均能够优先吸附水分子并在表面形成双层结构的水膜.其中,白云石表面对水分子吸附强度大于方解石;稳定吸附过程分为两步：范德华力、静电力和O（CaCO₃,CaMg（CO₃）₂）-H（H₂O）氢键共同影响下水分子向晶体表面移动并吸附形成紧密吸附层;O（H₂O）-H（H₂O）氢键作用下游离的H₂O向晶体表面靠近形成扩散层.从分子尺度解释方解石/白云石亲水特性,为碳酸盐岩储层润湿性研究奠定理论基础.     

H2在Al7-团簇解离吸附的理论研究

利用高精度从头计算方法研究了H₂分子在Al₇^-阴离子团簇上的吸附及解离过程, 确定了分子吸附及解离吸附的稳定结构,并分析了各结构的光电子能谱. 计算表明H₂在Al₇^-上为弱的物理吸附,吸附能约为0.02 eV;解离过程的能垒约为0.75 eV. 对团簇及解离吸附结构的态密度与实验得到的光电子能谱的比较表明二者能够很好地符合, 确定H₂与激光烧蚀产生的团簇直接反应时能在Al₇^-上发生解离. 关键词： 7^-')" href="#">Al₇^- 2')" href="#">H₂ 解离吸附 从头计算     

腐蚀介质在γ-Fe (1 1 1)表面吸附的第一性原理研究

氯化物熔盐作为传热储热工质,在太阳能热发电系统中应用时会造成金属管道的腐蚀和失效,严重威胁系统的运行安全.本文采用第一性原理方法,构建了不同腐蚀介质(Cl原子、H原子、O原子、OH基团以及H₂O分子)在γ-Fe(111)表面的吸附微观物理模型,并阐明了其吸附性能.结果发现：Cl原子和H原子在γ-Fe(111)表面最稳定的吸附点位为Fcc位,O原子和OH基团最稳定的吸附位点为Hcp位,H₂O分子最稳定的吸附位点位Top位.另外,O原子在γ-Fe(111)表面的吸附能和得到的电荷数最大,分别为-8.073 eV和0.53.这为管道的腐蚀研究提供了理论支撑.     

H2S在Cr(111)面上吸附与解离的第一性原理研究

采用了第一性原理研究了H₂S在Cr(111)面的吸附解离过程，利用吸附能、吸附构型和偏态密度图(PDOS)研究了H₂S及其解离产物在Cr(111)面上的吸附情况，都偏向倾斜吸附在Cr(111)面.同时研究了HS/H和S/H共吸附情况，得到共吸附物质在Cr(111)面上有明显的相互作用.最后使用线性同步和二次同步变换方法确定了解离反应的过渡态，了解到第一、二步解离的活化能分别为1.65 eV、0.82 eV,H₂S分子在Cr(111)面上的解离过程是放热反应，反应能为-2.90 eV.     

氢分子在Na2Al6团簇上的吸附和解离性能

氢的物理和化学吸附是氢存储的基本形式,而H₂分子的解离能垒是决定可逆储氢动力学性能的重要因素.纳米团簇是研究材料储氢性能的重要物质层次,研究氢与Na-Al团簇的相互作用性质能够了解纳米尺度的Na-Al氢化物的储氢性能.本文利用密度泛函理论,计算研究了H₂分子在较小的合金团簇Na₂Al₆上的吸附与解离性能.结果表明H₂分子在Na₂Al₆团簇上是弱的物理吸附,但很容易发生解离.氢分子的解离能垒很低,解离可以在环境温度下发生,纳米结构的Na₂Al₆团簇具有良好的化学储氢性能.     

H2O在Pt(100)表面的预吸附态与高迁移性能

本文采用ASED-MO方法,计算了H₂O分子在Pt(100)面上不同吸附取向、不同吸附位置时的结合能,以及表面扩散激活能和扩散系数.计算结果表明,H₂0分子必须通过氢原子朝向衬底的预吸附态.才能进人氧原子朝向衬底的垂直顶位化学吸附状态.当H₂O分子处于上述预吸附态时,势能面极为平坦,扩散系数大,迁移性高. 关键词：     

含锰钢表面氢原子/氢分子吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢原子和氢分子在纯铁表面和锰原子掺杂表面的吸附与解离行为.研究结果表明,氢原子可在纯铁(001)表面稳定吸附,吸附能按照顶位,桥位和心位依次增强;而溶质原子锰降低了氢原子距离表面的位置并强化了氢原子的吸附行为.氢分子在纯铁表面的吸附解离行为取决于氢分子距离模型表面的初始距离和初始空间构型.氢分子平行于纯铁(001)表面时,距离心位1.2?发生解离,而桥位、顶位均不会发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位0.6?、顶位1.0?发生解离,心位不会发生解离.氢分子平行于锰掺杂纯铁(001)表面时,距离桥位0.6?、顶位0.7?、心位1.2?发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位、心位0.8?发生解离,而顶位放置氢分子不发生解离.归纳可知,锰溶质原子掺杂会增加铁基体表面氢原子和氢分子的吸附作用并促进氢分子发生分解.     

气体分子在Co-BN表面吸附的第一性原理研究

采用包含色散力校正的密度泛函理论(DFT-D)方法系统地研究了气体分子(O2, H2, NO, CO, CO2, SO2, H2S, H2O)在Co掺杂单层BN(Co-BN)表面的吸附, 分析了吸附小分子的几何结构, 吸附能, 电荷转移等情况. 结果表明: 1) CO等气体分子主要吸附在Co及其近邻六元环的顶位, 吸附结构的电荷转移表明掺杂原子Co对BN衬底的气敏特性有较好的调制作用; 2) 在Co-BN表面吸附的O2和CO较易被活化, 表明Co-BN可能是一种对CO氧化有较好催化活性的新型催化材料.     

TiC-和TiN-(001)表面吸附性能的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论系统研究了碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)非极性(001)表面吸附气体分子和原子的性能。鉴于这些材料拥有不同的电子结构特征,发现受电子的CO分子或未饱和的O和H原子在TiC(001)和TiN(001)表面吸附于不同的活性位点,而供电子的NH3和H2O气体分子或完全饱和的O2和H2分子仅倾向与两个表面的金属原子位点结合。这些吸附特性可能与此类材料表面的电子结构有关。     

理论研究过渡金属原子修饰石墨炔材料的功能性

采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调控石墨炔体系的电子特性和具有不同的磁矩.比较气体分子的吸附能大小,M-gra衬底对O和OH表现出高的灵敏度,单个NO、NO₂和O₂的稳定性高于CO分子.此外,小分子吸附的M-gra体系具有金属、半金属和半导体特性,在电子和气敏器件领域具有潜在应用.     

第一性原理研究O2和H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O2和H2O单分子在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为。吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位，同时也考虑了其它可能的吸附行为。对于O2在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了9个模型，H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了12个模型。通过形成能计算发现，O2在表面上的吸附为正值，H2O的吸附为负值。O2和H2O单分子在表面上发生分子吸附，未见解离形态。对于O2吸附最稳定的结构是O2分子与表面相邻的Zn原子形成了Znslab1-Oads1-Oads2-Znslab2桥连键。其它较为稳定的结构是Oads1原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近，在表面上形成了Znslab1-Oads1键，同时Oads2原子扩散至表面沟渠上方。对于H2O吸附，不论以何种方式吸附结构都比较稳定。其中最稳定的构型是Oads迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近，形成了Znslab1-Oads键以及Oslab3-H氢键。另外较稳定的构型是Oads迁移到ZnO (101 ̅0)表面台阶上方，形成了Znslab1-Oads键以及Oslab1-H氢键。     

Adsorption of H2O, OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PW91方法结合周期平板模型研究了H2O在CuCl (111)表面上的吸附及分解. 通过构型优化参数的计算和比较发现：对于O和OH,三重穴位吸附较为稳定,吸附能分别为309.5和416.5 kJ/mol;水分子与预吸附氧的表面作用时分解成为OH,并放热180.1 kJ/mol. 同时对于吸附前后的吸附O与表面Cu的伸缩振动频率、态密度以及吸附质与底物的电荷转移情况进行了计算和分析,并给出了可能的分解反应机理.     

Adsorption sites in coadsorption systems determined by photoemission spectroscopy: K and CO coadsorbed on Rh(111)

The adsorption sites of coadsorbed K and CO on the Rh(111) surface have been determined using high-resolution core-level spectroscopy, low-energy electron diffraction and site-resolved photoelectron diffraction. For both a (2×2)-2CO–1K and a -6CO–1K structure, we find that the CO molecules occupy threefold hollow sites and the K atoms on-top sites, contrary to the adsorption sites of K (threefold hollow site) and CO (on-top site below 0.5 monolayers) if adsorbed alone on Rh(111). Deposition of K onto a CO precovered surface is found to induce large shifts towards lower binding energy of the C and O 1s core levels (0.7 eV for C 1s and 1.5 eV for O 1s). The major part of these shifts is shown to arise from the K-induced site change of the CO molecules. This finding may be of importance in the interpretation of XPS data of related co-adsorption systems. Finally, it is suggested that the C and O 1s binding energies provide useful fingerprints of the CO adsorption site also for co-adsorption systems.     

碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.     

Adsorption and dissociation of H2 on the Cu2O(1 1 1) surface: A density functional theory study

Interactions of atomic and molecular hydrogen with perfect and deficient Cu₂O(1 1 1) surfaces have been investigated by density functional theory. Different kinds of possible modes of H and H₂ adsorbed on the Cu₂O(1 1 1) surface and possible dissociation pathways were examined. The calculated results indicate that O_SUF, Cu_CUS and O_vacancy sites are the adsorption active centers for H adsorbed on the Cu₂O(1 1 1) surface, and for H₂ adsorption over perfect surface, Cu_CUS site is the most advantageous position with the side-on type of H₂. For H₂ adsorption over deficient surface, two adsorption models of H₂, H₂ adsorbing perpendicularly over O_vacancy site and H₂ lying flatly over singly-coordinate Cu-Cu short bridge, are typical of non-energy-barrier dissociative adsorption leading to one atomic H completely inserted into the crystal lattice and the other bounded to Cu_CUS atom, suggesting that the dissociative adsorption of H₂ is the main dissociation pathway of H₂ on the Cu₂O(1 1 1) surface. Our calculation result is consistent with that of the experimental observation. Therefore, Cu₂O(1 1 1) surface with oxygen vacancy exhibits a strong chemical reactivity towards the dissociation of H₂.