In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜形成的第一性原理计算

目的 采用第一性原理计算In掺杂促进AuCuNi合金表面氧化膜的形成机制，以为在金基合金中掺杂元素，促进表面氧化膜生成提供理论依据。方法 基于构建适用于第一性原理计算、原子比Au:Cu:Ni=9:5:2的晶体结构模型，对In掺杂AuCuNi体系模型的稳定性、偏析特性以及吸附特性进行计算。结果 In原子替代掺杂AuCuNi合金(111)面中各元素后形成新的AuCuNiIn表面，掺杂形成能均为负值，这说明In替位AuCuNi合金(111)面中任何一个原子都会促进AuCuNi表面的稳定性。当In替位掺杂AuCuNi表面第一层的Ni原子时，稳定性提升最大，掺杂形成能为–1.326 eV;当In替位掺杂AuCuNi表面第三层的Ni原子时，掺杂形成能最大为?0.503 eV，这表明当In原子掺杂到该位置时，体系稳定性的提升最小。通过偏析能的计算发现，掺杂后的In有向其他位点偏析的趋势，最易向偏析能最小的位点偏析，即向表层Ni原子偏析，偏析能为?0.739 eV。因此，使In原子替位掺杂第一层的Ni原子，形成最稳定的AuCuNiIn表面结构。此外，通过在AuCuNiIn表面吸附氧原子和计算吸附能发现，当原子顶位吸附时吸附能都比较高，这说明Au、Cu、Ni原子都不易在顶位吸附氧原子，其中T3(Au)位点的吸附能为0.034 eV，其值大于0，说明Au原子的顶位不会自发地吸附氧原子。表层原子中吸附能最低的几个位点H3(?3.571 eV)、H1(?3.462 eV)、B2(?3.021 eV)的氧原子均与In原子成键，这说明In原子附近更易吸附氧原子。最后，通过电荷差分密度图和布居分析，发现O原子与周围其他原子有明显的电荷转移，并与In原子、Cu原子和Ni原子形成键。这进一步表明O原子与周围原子发生化学反应，提高了材料表面的稳定性，证实了吸附能计算的准确性。结论 基于以上计算分析得出In原子的掺杂可以有效促进AuCuNi表面氧化膜的形成。通过第一性原理计算预测了元素掺杂对材料表面性能的影响，为掺杂促进材料表面氧化膜的形成提供了一定的理论参考。

First-principles Calculation of Promoting the Formation of Oxide Film on AuCuNi Alloy Surface by In Doping