Ni(110)表面CO、NO气体吸附的第一性原理计算研究

二氧化钛rutile(110)表面催化氧化CO的DFT研究*余燕燕，龚学庆**(华东理工大学工业催化研究所，上海200237)关键词：二氧化钛，密度泛函理论，范德华力，催化氧化，表面缺陷与活性研究背景金红石型二氧化钛(110)表面因其表面缺陷位如氧空穴，间隙钛，表面羟基等展现出的良好催化活性而受到人们的普遍关注。

对于其表面上的一氧化碳氧化反应，许多报道[1-3]主要涉及氧空穴所起的催化作用，然而，关于这个反应的机理却一直没有定论。

Mitsuhara 等人[4]提出的一氧化碳在室温甚至低温下可以和解离的氧原子发生反应生成二氧化碳的结论使得氧气的吸附和解离更为重要。

Lira 等人[5]最近提出吸附的氧气分子既可以在氧空穴还可以在五配位钛原子上发生解离，事实上，这一结论早在2008 年就有研究者提及。

[1]本文通过测试四种不同的计算方法，也就是，PBE, PBE+U, PBE-D, PBE+U-D，找出一种与实验结果较为相符的方法，来描述一氧化碳的吸附特性。

这种较好的方法接着被用来计算氧气在具有不同活性位的表面上吸附与解离的特点，进而考虑一氧化碳的氧化反应。

计算方法所有计算结果都是采用VASP 程序包，关联项采用PBE-GGA 近似，电子间的相互作用则用平面波来模拟。

在测试不同方法来描述一氧化碳吸附时，我们采用4×1，5 层的超晶胞，450 eV 的截断能，1×2×1 的K 点，0.05 eV/Å 的收敛精度，4.2 eV 的U 值，并且考虑了范德华力的作用(-D)。

而其他计算我们考虑的是4×2 的超晶胞，400 eV 的截断能及1×1×1 的K 点来提高计算效率。

结果与讨论一氧化碳在具有一个氧空穴表面上的吸附结构如图1 所示，我们可以看到，比较好的吸附构型是C 原子朝下指向钛原子，并且一氧化碳分子与表面垂直。

而提高其表面覆盖度可以发现氧空穴处和表面上的五配位钛原子上都吸附有一氧化碳分子，这主要是由于空间效应。

h2s在sno2(110)面吸附特性的第一性原理研究
一、研究概述
用第一性原理方法研究了h2s在sno2(110)表面吸附特性，其中利用Trouiller-
Martins(TM)方法计算了模型表面上物种的能量和局域性，用量子通道方法在GWH图上分析了表面吸附有关物理量和能量，以及表面吸附有关的分子性能，并考察了不同表面预制
构型的吸附行为和分子的原子排列特性等。

二、研究结果
研究发现，h2s在sno2(110)表面的吸附能较强，表面结合能由底能获得。

来自GWH图
分析结果可以看出，经过氧化处理后，h2s与sno2(110)表面结合的力较强，总能量降低、氧指数增加，其中，H2s和sno2(110)表面有四个原子之间的化学结合，disso-S和S-S桥
形成比较稳定，含氧表征未发生变化。

从分子排列角度来看，h2s被有序吸附在sno2(110)表面，表面上的氧原子的活性高于氮的活性，模拟的晶胞参数吻合能也相对较高。

三、结论
由第一性原理研究h2s在sno2(110)表面上的吸附性质可以知道，H2s在sno2(110)表面
的吸附能较强，在氧化条件下H2S与SNO2(110)表面结合形成比较稳定的S-O-S和S-S桥，其中有四个原子之间的化学结合，模拟的晶胞参数吻合能也较高；在模型表面上的物种的
能量和局域性也能表征表面吸附有关的分子性能。

甲醛在 CeO2（110）表面的吸附姚小丹;韩姣囡;金丽芳;刘晓娜;蒋仕宇;滕波涛【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(44)5【摘要】利用密度泛函理论计算了甲醛在洁净 CeO2（110）表面的吸附行为，发现甲醛在表面存在化学与物理吸附。

甲醛化学吸附时，甲醛的碳、氧原子分别与表面氧、铈原子发生作用，生成 CH2 O2，平面结构变为四面体构型；吸附能随覆盖度的减小而增大；电子结构分析表明，其最高占据轨道 nO 的电子进入表面铈原子的空轨道，形成 Ce－Os 化学键；而表面氧原子的电子填充到甲醛的 C－Of 反键轨道，形成新的 C－Os 键，甲醛的 C－Of 键长伸长。

而物理吸附的甲醛，平面结构不变，吸附能较小，电子结构无明显变化。

%Formaldehyde adsorption behaviors on clean CeO2 (110) surface were systematically investigated by density functional theory (DFT) method.Chemisorption and physisorption configurations were obtained.For the strongly chemisorbed formaldehyde, the carbon and oxygen atoms of formaldehyde interacted with the corresponding oxygen and cerium atoms of ceria surface with the formation of dioxymethylene intermediate.The adsorption energies decreased with increasing coverage of formaldehyde, and the interactions of the adsorbed formaldehydes could be negligible until the coverage was up to 0.25 monolayer (ML).The density of states (DOS) analysis indicated that the energy of the highest occupied molecular orbital (HOMO), nO , shifted downward greatly, while the oxygen electrons of CeO2 surfacetransfered to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of formaldehyde, πCO .Meanwhile, the new C-Os and Ce-Of bonds form and the corresponding C-Of bonds of formaldehyde were elongated.However, the physisorbed formaldehyde remained the planar structure free formaldehyde molecule with low adsorption energies, and the electron structures were slightly changed.【总页数】4页(P134-137)【作者】姚小丹;韩姣囡;金丽芳;刘晓娜;蒋仕宇;滕波涛【作者单位】浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004;浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004;浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004;浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004;浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004;浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004【正文语种】中文【中图分类】O643.36【相关文献】1.Si原子在CeO2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究 [J], 贾慧灵;任保根;刘学杰;贾延琨;李梅;吴锦绣2.HCOO在Cu(110)、Ag(110)和Au(110)表面的吸附 [J], 庞先勇;邢斌;王贵昌;YOSHITADA Morikawa;JUNJI Nakamura3.甲醛在CeO2(111)表面吸附的密度泛函理论研究 [J], 蒋仕宇;滕波涛;鲁继青;刘雪松;杨培芳;杨飞勇;罗孟飞4.CeO2(110)还原表面上受阻路易斯酸碱对在合成气直接转化中的作用 [J], 黄正清;李腾昊;杨伯伦;常春然5.表面羟基辅助甲醛分子在金红石型TiO2（110）表面迁移动力学研究 [J], 关大伟;王锐敏;金闲驰;戴东旭;马志博;樊红军;杨学明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

NO2、CH4、H2S在石墨烯表面吸附的第一性原理计算研究章洁琦林秀玲*发布时间：2021-08-27T00:18:39.188Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：章洁琦林秀玲* [导读] 石墨烯材料本身具有较大的比表面积、较高的载流子迁移速度和良好的导电特点,能够吸附多种环境污染物。

安徽理工大学材料科学与工程学院淮南 232001摘要：石墨烯材料本身具有较大的比表面积、较高的载流子迁移速度和良好的导电特点,能够吸附多种环境污染物。

第一性原理方法是用于研究低维材料性能，可以节省实验成本，提高研究效率。

本文综述了近年来计算石墨烯材料在吸附NO2、CH4、H2S方面的研究进展，并试图从第一性原理的角度预测石墨烯在吸附环境中的应用研究方向。

关键词：石墨烯;吸附;第一性原理1.引言NO2是一种有毒气体，在空气中的浓度超过百万分之一时，会对人体组织和肺部造成不可逆转的损害[1]。

甲烷(CH4)气体无色无味[2]，若环境中的CH4达到一定值，就会引起昏迷，严重时可致人死亡。

硫化氢(H2S)是一种无色、有臭味的剧毒气体[3]。

它是天然气加工处理、炼油、沼气发酵等工业生产过程的产物[4,5]。

H2S浓度增加，会对神经系统造成损害。

且H2S氧化形成的SO2会导致酸雨的形成，对自然环境和基础设施[6]造成破坏。

同时，在工业生产过程中，H2S会腐蚀设备，降低设备的使用寿命，造成经济损失。

近年来采用的净化气体的方法主要有吸附法、生物法和催化法。

其中吸附法[7]纯化效率高、成本低廉，所以应用广泛。

活性炭作为吸附剂已广泛应用于处理工业排放污染物。

石墨烯[8]是一种二维材料，它是对碳原子进行了处理得到的六角形蜂窝状的晶格平面，它的电、光、热学性能优异，且这些性能可以通过掺杂和改性来调节。

而石墨烯较高的载流子迁移速度和良好的导电性能使它容易与外界气体分子进行电荷交换，因此石墨烯吸附气体分子是可能的[9]。

本文综述了近年来石墨烯材料在气体分子及空气污染物的第一性原理模拟吸附中的研究进展。

表面基团对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO性能影响的第一性原理研究邱毅;邹江峰;马智炜;罗强;刘忠华;陈洋;代逸飞【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2024(38)5【摘要】本工作基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Ti_(3)C_(2)O_(2)、Ti_(3)C_(2)O1.5(OH)0.5、Ti_(3)C_(2)O(OH)、Ti_(3)C_(2)O1.5F0.5和Ti_(3)C_(2)OF五种模型,从几何结构、电荷转移以及电子性质等方面研究了基团种类和比例对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO的影响。

结果表明:相较于Ti_(3)C_(2)O_(2),含低比例-OH和-F基团的Ti_(3)C_(2)T_(x)对NO的吸附能更大,电荷转移更弱,不利于其探测NO,与实验结果一致;但随着-OH和-F比例的提高,吸附能分别减小和增大,电荷转移分别增强和减弱,表明高比例的-OH有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO,而高比例的-F是不利的;同时,在吸附NO后,Ti_(3)C_(2)O_(2)在费米能级附近的能带极值曲率变小,电子有效质量增大,表明-O基团有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO。

在几何弛豫过程中NO分子总是以N原子靠近衬底,吸附距离均较小,而且最近邻原子的电子轨道出现杂化,电子的聚集和消散位于两端,表明最近邻原子间成键较弱且偏离子性。

此计算结果可以为Ti_(3)C_(2)T_(x)探测和屏蔽NO提供理论指导,同时为Ti_(3)C_(2)T_(x)的表面改性提供思路。

【总页数】5页(P138-142)【作者】邱毅;邹江峰;马智炜;罗强;刘忠华;陈洋;代逸飞【作者单位】西南石油大学理学院;西南石油大学电气信息学院;西南石油大学信息学院;西华师范大学电子信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.羟基功能化Ti_(3)C_(2)多硫化物锚定性能的第一性原理研究2.Li在石墨烯、BC_(5)及C_(5)N表面吸附与迁移的第一性原理研究3.Fe_(3)O_(4)负载Ti_(3)C_(2)T_(x)对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究4.CuO掺杂C_(3)N对C_(5)F_(10)O分解组分吸附性能的第一性原理研究5.Ti_(3)C_(2)T_(x)-MXene上浆剂表面改性高模量碳纤维及其环氧树脂基复合材料界面性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

理论研究CO_(2)分子在金红石相TiO_(2)(110)面的吸附特性曹毅;杨培龙;段嘉通;张浩;涂喆研【期刊名称】《陕西理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(40)2【摘要】采用PBE泛函和平面波超软赝势研究了CO_(2)分子在含氧空位金红石相TiO_(2)(110)表面的吸附特性,分析了4种吸附模型的吸附能、电子态密度、Mulliken电荷分布和差分电荷密度。

结果表明:CO_(2)分子垂直于表面的吸附能最大,CO_(2)分子斜向吸附于表面的吸附能略小于垂直吸附,CO_(2)分子平行吸附于表面的吸附能较小,说明垂直于表面吸附的稳定性最好;CO_(2)分子的C原子吸附时与表面Ti原子没有明显的电子云交叠,而O原子吸附时与表面Ti原子存在明显的电子云交叠,说明金红石表面的Ti_(5c)原子更倾向与CO_(2)分子中的O原子结合;4种吸附CO_(2)的C_(2p)或O_(2p)电子均在费米能级附近形成态密度峰值,其中垂直吸附时形成的态密度峰值最为显著,进一步证实了垂直吸附的稳定性最好。

研究结果为金红石相TiO_(2)的CO_(2)吸附和捕集提供了一些可靠的理论依据。

【总页数】8页(P71-78)【作者】曹毅;杨培龙;段嘉通;张浩;涂喆研【作者单位】西安工程大学理学院【正文语种】中文【中图分类】O647.3【相关文献】1.甲醇在金红石型TiO2（110）表面的吸附解离2.TiCl4和O2在金红石型TiO2(110)表面的吸附机理3.表面缺陷对一氧化碳和甲基基团在金红石TiO_(2)(110)表面吸附的影响4.H_(2)O分子在Cu(110)和Ni(110)表面吸附与解离行为的理论研究5.金红石TiO_(2)(110)表面的低温氨气合成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

co在部分过渡金属及氧化物表面吸附和反应的第一原理研究
过渡金属及氧化物表面吸附和反应是材料科学和化学领域的重要研究课题。

近年来，第一原理计算方法已经成为研究过渡金属及氧化物表面吸附和反应的有力工具。

第一原理计算方法可以提供准确的模拟结果，从而更好地理解过渡金属及氧化物表面吸附和反应的机理。

Density Functional Theory (DFT)是一种第一原理计算方法，它可以用来研究过渡金属及氧
化物表面吸附和反应的机理。

DFT可以用来计算表面吸附能、表面反应能、表面结构和表面电荷分布等。

DFT可以用来研究表面吸附和反应的机理，从而更好地理解过渡金属及氧化物表面吸附和反应的机理。

此外，DFT还可以用来研究表面吸附和反应的动力学行为。

DFT可以用来计算表面反应的速率常数，从而更好地理解表面反应的动力学行为。

DFT还可以用来研究表面反应的活化能，从而更好地理解表面反应的动力学行为。

总之，DFT是一种有效的第一原理计算方法，可以用来研究过渡金属及氧化物表面吸附和反应的机理、动力学行为和活化能。

DFT可以提供准确的模拟结果，从而更好地理解过渡金属及氧化物表面吸附和反应的机理。

H2分子在LaFeO3(110)表面吸附的第一性原理研究
的开题报告
一、研究背景和意义
H2分子的吸附是表面催化和表面化学反应的基础，对于理解和设计表面催化剂具有重要意义。

LaFeO3是一种具有重要应用前景的多功能氧化物材料，已被广泛用于催化、传感、电子和磁性等领域。

因此，研究
H2分子在LaFeO3表面的吸附行为，对于深入理解LaFeO3表面物理化
学性质、探索其在催化领域中的应用具有重要意义。

二、研究内容和方法
本研究将采用密度泛函理论第一性原理计算方法，基于VASP计算平台，研究H2分子在LaFeO3(110)表面的吸附行为。

研究内容包括：优化LaFeO3(110)表面结构，计算H2分子在表面吸附的吸附能和几何结构，
分析电荷转移和分布等表面物理化学性质。

具体研究方法包括：基于GGA近似的第一性原理计算、赝势方法、平面波展开、性质细致分析等。

三、预期成果和意义
通过本次研究，预期可以深入研究H2分子在LaFeO3(110)表面的吸附行为和表面物理化学性质，明确LaFeO3表面的表面催化活性，为其在催化领域的应用提供理论基础。

可为新型多功能材料设计和合成提供指
导意义，为表面催化领域的研究提供新的思路和方法。

Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能，在这一部分，你将学到：1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体：尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。