原子和分子在Ru、Ni和Ta金属表面吸附行为的周期性密度泛函理论研究
氢和过渡金属的相互作用历来都引起人们极大的兴趣。作为最基本的化学元素，氢和过渡金属反应的重要性不仅在于其电化学和催化反应，也是理论研究和实验方法进行比较的具体对象。钌在氢和二氧化碳合成氢碳化合物的反应中，是最重要的催化剂之一；镍作为催化剂的特别之处在于生产甲烷时几乎不会导致其它重碳氢化物的产生，因而具有重要的工业价值。对原子或分子在金属表面的吸附行为进行理论研究，将有助于理解吸附物与底物之间相互作用的本质，从理论的角度验证实验结果并对实验现象进行解释，提供部分实验工作者无法观测到的重要信息，这些结果无疑将有利于应用研究。
目前，由于计算水平和计算方法的不断提高，密度泛函理论(DensityFunctionalTheory，DFT)发展迅猛，已广泛应用于过渡金属体系的理论研究。本文采用周期密度泛函理论下的广义梯度近似方法，研究了氢吸附在Ru(001)和Ta(001)表面，以及氢、一氧化碳分子共吸附在Ni(111)表面的行为。主要内容如下：
1.研究了氢原子吸附在过渡金属Ru(001)表面的行为。考虑氢的不同覆盖度(0.33、0.5、1ML)，计算了H在Ru(001)表面的几何结构、吸附能量、电子以及振动特征和功函变化。结果表明在0ML到饱和覆盖度之间，最稳定的吸附位为fcc位置。本文还发现在0.5ML时，有三个能量损失峰，这一结论不支持早期的实验观察，但是和最近的HREELS实验分析结论一致。本文再现了实验中观察到的功函变化值随着覆盖度的变化趋势，并给出了全新解释。
2.研究了氢原子、一氧化碳分子单独吸附和共同吸附在过渡金属Ni(111)表面的行为。文中计算了吸附物在Ni(111)表面的几何结构、吸附能量、振动特征以及态密度。计算结果确定了在共吸附系统中，最稳定的吸附结构是一CO吸附在hcp位置、H吸附在fcc位置，这对于实验结果提供了理论依据，并通过态密度分析可知，在共吸附系统中电荷进行了重新分布。
3.研究了氢原子吸附在Ta(001)表面的行为。计算了吸附物在Ta(001)和w(001)表面的几何结构、吸附能量、电子以及振动特征和功函变化，确定了吸附物在表面最稳定的吸附位为bridge位，本文结论不支持最近的LEED和HREELS实验的结果。
氢;过渡金属;金属表面处理;吸附物;泛函理论;吸附性;氢原子;一氧化碳分子
电子科技大学
硕士
光学
祖小涛
2006
中文
TG17;O177
61
2006-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）