氣—固表面相互作用動力學理論研究.pdf

1、氣態(tài)分子與表面相互作用動力學日益引起越來越多的化學家和物理學家的興趣。無論是多相催化還是膠體化學催化反應，都涉及到反應物之間及反應物與催化劑表面的相互作用。因而，從理論上系統(tǒng)地研究原子、分子之間以及它們與催化劑表面，尤其是與表面活性部位之間的相互作用是十分必要的。本論文選取了一些具有典型意義的原子和雙原子分子通過5-參數Morse勢和改進推廣的LEPS勢方法研究了原子、分子在過渡金屬平坦和缺陷表面的吸附擴散的動力學行為。本論文的內容簡述

2、如下：第一章簡要介紹了氣固表面相互作用的研究意義、研究現狀、研究方法，并詳細介紹了本論文研究所要用到的基本理論方法和表面簇合物模型。 第二章應用5-參數Morse勢(簡稱5-MP)研究了氫、氧和氧原子在BCC金屬Fe表面的吸附和擴散。 第三章在5-MP的基礎上利用改進推廣的LEPS勢研究了CO分子在Fe低指數表面上吸附和解離性質。 本論文的主要成果：1.應用5-MP系統(tǒng)地研究了H原子在Fe低指數表面及(211)高

3、指數表面的吸附和振動。對H-Fe(110)體系，氫的吸附位問題一直是各種實驗方法爭論的焦點，本文的理論計算結果顯示氧原子在低覆蓋度下優(yōu)先占據三重位，同時，本文排除了優(yōu)先吸附于長橋位的可能性。Fe(211)表面是一個有著皺褶—溝槽結構的開放表面，與別的臺階面相比，此臺階面臺階非常短。氫在該表面的吸附較為復雜，至今氫的吸附位仍未確定。本文的計算結果顯示在零覆蓋度下，該體系存在兩種穩(wěn)定吸附位膺式三重位H3和長橋位，但是由于位密度和空間掩蔽效應

4、的影響，本文推測在實際的吸附過程中，氫原子趨向于占據三重位。[本文已發(fā)表在《高等學?；瘜W學報》2006,Vol.27，No.2，297～302] 2.N-Fe體系。盡管人們對氮-鐵體系進行了眾多的研究，并積累了大量的實驗數據，但仍在許多有爭論的、尚未搞清的問題。比如，對于N/Fe(110)體系，氮原子到底是吸附在長橋位還是膺式三重位尚未定論；而N/Fe(111)體系，由于其表面晶胞較大，實驗尚不能確定其吸附幾何等。本文通過5-M

5、P理論方法得到了該體系吸附位、吸附幾何、結合能、鍵長及振動頻率等全部的臨界性質。結果表明，N原子在Fe(100)面上只有四重洞位為穩(wěn)定吸附態(tài)。在Fe(110)面，膺式三重位為穩(wěn)定吸附態(tài)，低覆蓋度下將被優(yōu)先占據。在Fe(111)面，本文確定的穩(wěn)定吸附態(tài)是近似橋位。 [本文已發(fā)表在《化學學報》2005,Vol.63，No.20，1889～1894]3.氧原子在Fe表面吸附的實驗研究較多，但是氧的吸附位問題仍然存在著較大的分歧，而該體

6、系的理論研究很少。我們再次采用5-MP對O原子在Fe低指數表面及(211)高指數面上的吸附和振動進行了系統(tǒng)的研究。對O-Fe(110)體系，我們的研究結果支持氧優(yōu)先吸附在三重位，隨著覆蓋度增加長橋位才會被占據。對O-Fe(211)體系，與H-Fe體系相似，由于位密度和空間掩蔽效應的影響，本文仍然推測在實際的吸附過程中，氧原子趨向于占據三重位。[本文已投往ChineseJ.Struct.Chem.雜志] 4.應用原子和表面簇合物相

7、互作用的5參數Morse勢方法(簡稱5-MP)及推廣的LEPS勢對CO分子在Fe表面的吸附和解離進行了系統(tǒng)、全面的研究。獲得了結合能、鍵長、吸附高度、振動頻率等全部的臨界特性，理論結果和實驗符合很好。理論計算表明，在Fe(100)面上，低覆蓋度下，CO分子吸附于四重洞位，CO的洞位吸附態(tài)具有反常的1239cm-1低頻伸縮振動頻率。隨著覆蓋度的增加依次出現橋位和頂位的CO吸附態(tài)，理論獲得的CO伸縮振動頻率分別為1933，2038cm-1。