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氢、氧原子及分子在金属表面吸附和解离的理论研究

韩玲利  
【摘要】:原子、分子同金属表面的相互作用是多相催化,气体腐蚀以及晶体生长等领域研究中的一个重要课题。尤其是近年来,随着化学工业中异相催化的迅猛发展,气-固表面相互作用动力学更引起化学家和物理学家的极大兴趣。本论文选取了一些具有典型意义的原子和双原子分子通过5-参数Morse 势和改进推广的LEPS 势方法研究了原子、分子在过渡金属平坦和缺陷表面的吸附扩散的动力学行为。本论文的内容简述如下: 第一章简要介绍了气固表面相互作用的研究意义、研究现状、研究方法,并详细介绍了本论文研究所要用到的基本理论方法和表面簇合物模型。 第二章应用5-参数Morse 势(简称5-MP)研究了氧原子在Mo、W 两种BCC 金属表面的吸附和扩散。 第三章再次应用5-MP 方法深入研究了H-Pd(311)体系,并利用改进推广的LEPS势研究了氧分子在Cu 表面的吸附解离特性。 本论文的主要成果: 1. 应用5-MP 系统地研究了O 原子在Mo 低指数表面及(211)高指数表面的吸附和振动。对O-Mo(110)体系,氧的吸附位问题一直是各种实验方法争论的焦点,本文的理论计算结果显示氧原子在低覆盖度下优先占据三重位,同时,本文排除了优先吸附于长桥位的可能性。Mo(211)表面是一个有着皱褶-沟槽结构(ridge-and-trough structure) 的开放表面,与别的台阶面相比,此台阶面台阶非常短。氧在该表面的吸附较为复杂,至今氧的吸附位仍未确定。本文的计算结果显示在零覆盖度下,该体系存在两种稳定吸附位赝式三重位H3 和长桥位,但是由于位密度和空间掩蔽效应的影响,本文推测在实际的吸附过程中,氧原子趋向于占据三重位。我们对该体系的研究对实验上存在的疑问提供了很好的解答。【本文已发表在《化学学报》2004,Vol.62, 1397-1404】 2. 氧原子在W 表面吸附的实验研究较多,但是氧的吸附位问题仍然存在着较大的分歧,而该体系的理论研究很少。由于Mo, W 两种金属同为BCC 晶格,因此我们在研究了O-Mo 体系之后,再次采用5-MP 对O 原子在W 低指数表面及(211)高指数面上的吸附和振动进行了系统地研究。对O-W(110)体系我们的研究结果支持氧优先吸附在三重位,随着覆盖度增加长桥位才会被占据。对O-W(211)体系,对比O 在Mo(211)表面三重位的垂直和平行振动频率(⊥76.7 meV, ∥57 meV), 结合本文的计算结果,我们


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