表面氧化和輕元素共價材料儲氫的第一性原理研究.pdf

1、分子/原子與材料表面的相互作用是一個重要的基礎(chǔ)理論課題。它涉及多學科交叉研究領(lǐng)域，以及化學催化反應、氣體吸附等實際工業(yè)問題。分子/原子在材料表面的吸附和解離行為對于理解表面的化學反應具有重要意義。在實驗上很難從原子和量子力學層次上理解分子與材料表面的相互作用包括成鍵、電荷轉(zhuǎn)移以及軌道雜化等行為，而基于密度泛函理論的第一性原理方法深入到電子的層次可以從本質(zhì)上揭示分子/原子與材料間的相互作用的微觀機制。本文選擇了化工中兩個典型的研究體系:氧

2、分子/原子與金屬表面以及氫與輕元素共價材料的相互作用，系統(tǒng)地研究了分子/原子吸附在表面的電子結(jié)構(gòu)（態(tài)密度，能帶，電荷分布等），成鍵機理，所得的主要結(jié)論如下:
　　 1.系統(tǒng)研究了氧原子氧原子/氧分子與金屬薄層Pb(111)相互作用體系。計算結(jié)果表明第一性原理中的“絕熱近似”方法可以適用于O2/Pb(111)體系。此外，氧原子在金屬薄層Pb(111)的吸附（吸附能、功函數(shù)）受量子尺寸效應（Quantum size effect，Q

3、SE）的調(diào)制，表現(xiàn)出奇偶層振蕩行為;進一步研究發(fā)現(xiàn)表面氧化的許多過程如擴散、滲透和解離均受到QSE調(diào)制。
　　 2.系統(tǒng)討論了氧分子與金屬Sn(111)表面的相互作用，并比較了氧分子在第四主族元素X(111)(X=Si，Ge，Sn，Pb)表面的吸附行為。結(jié)果表明:氧分子沿著垂直和平行于表面的初始方向上均存在化學吸附態(tài)，并且表面出現(xiàn)重構(gòu)現(xiàn)象;找到了氧分子沿著X(111)(X=Si，Ge，Sn，Pb)材料表面的吸附最穩(wěn)定的吸附構(gòu)型，

4、對最穩(wěn)定吸附構(gòu)型表面的電子密度和表面重構(gòu)現(xiàn)象分析表明氧分子吸附的穩(wěn)定性隨著材料金屬性能的增加而降低，而電荷轉(zhuǎn)移量則出現(xiàn)反向的增加。
　　 3.系統(tǒng)研究了氫與金屬修飾的(BN)xC1-x薄層的復合材料相互作用，其中(a)x=1，(b)x=0.25，(c)x=0.5，(d)x=0.75，(e)x=0，(f)B0.125C0.875。Li原子與基底元素的雜化機制的討論表明N原子的存在能夠增強Li-2p軌道與H2分子的雜化，從而更利于儲