Au在ZnO極性面上吸附催化的第一性原理研究.pdf

1、基于密度泛函理論下的第一性原理計(jì)算，我們研究了ZnO納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中Au表面活性劑的作用。對(duì)Au原子在ZnO極性面上的原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)進(jìn)行了討論。本文中利用VASP程序包進(jìn)行計(jì)算。交換關(guān)聯(lián)項(xiàng)采用廣義梯度近似(GGA)下的PBE泛函形式，外層離子與內(nèi)層原子芯核的相互作用用投影綴加波(PAW)來(lái)描述。 在第三章，計(jì)算中我們采用的超級(jí)原胞模型由8個(gè)Zn、O雙層和約15A厚的真空層來(lái)組成，原胞表面為理想的(1×1)表面。在非Au單層

2、吸附面，我們用贗氫來(lái)飽和這些薄晶胞的懸掛鍵以中和其內(nèi)部電場(chǎng)。對(duì)Au層在ZnO表面的吸附位置研究表明：在Zn面，Au易于吸附在空位，而在O面，Au易于吸附在頂位。 通過(guò)對(duì)吸附能和總能的研究分析，我們發(fā)現(xiàn)(1)：吸附在ZnO極性面上的Au單層對(duì)于改善ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)很有幫助，可以提高Zn原子在ZnO極性面上的吸附能約0.4eV/原子。(2)：通過(guò)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的分析，我們發(fā)現(xiàn)ZnO極性面上Au單層比純粹的Au體材料要活躍的多，這可以

3、從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了納米金的催化作用原理。(3)我們把金層放在表面，算出總能，對(duì)比把金層放到次表面的總能，發(fā)現(xiàn)Au層在表面時(shí)更穩(wěn)定，這可以從一個(gè)方面說(shuō)明為什么在ZnO納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)中，Au活性劑總是保持在ZnO納米結(jié)構(gòu)的末端。 在第四章，計(jì)算中我們采用的超級(jí)原胞模型由4個(gè)Zn、O雙層和約15A厚的真空層來(lái)組成，原胞表面為理想的(2×2)表面。在非Au原子吸附面，我們用贗氫來(lái)飽和這些薄晶胞的懸掛鍵以中和其內(nèi)部電場(chǎng)。對(duì)Au原子在ZnO(0

4、001)-Zn面的吸附位置研究表明：Au原子易于吸附在空位。 對(duì)不同情況下Zn原子空位形成能的分析，我們得出在ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)程中，有Au活性劑的存在，對(duì)于長(zhǎng)出高質(zhì)量(空位少)的ZnO納米結(jié)構(gòu)很有幫助。(1)：我們對(duì)于相同Au覆蓋度的情況下，對(duì)于不同層Zn空位形成能的影響，相比于次表面Zn原子，表面Zn原子更容易形成空位。(2)：我們又以表面Zn空位為研究目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)隨著Au覆蓋度的增大，Zn空位的形成能呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明Au