氣—固表面相互作用吸附和解離的理論研究.pdf

1、最近幾年,由于化工產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,人們逐漸開始關(guān)注和研究氣態(tài)原子、分子和金屬固體表面的吸附和解離的相互作用.而在這些相互作用中,吸附和解離是涉及的最基本的相互作用.由于實(shí)驗(yàn)方法的操作復(fù)雜,且耗時(shí)耗力,因此,我們用理論的方法來對(duì)此進(jìn)行深入的研究,是十分有必要的.本論文選擇具有代表性的金屬原子和氣體原子以及雙原子氣態(tài)分子通過5-參數(shù)摩爾勢(shì)的方法和在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的LEPS勢(shì)的理論方法對(duì)該體系進(jìn)行研究。本論文的研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述如下:
　　本論

2、文以面心立方晶格金屬表面和氣態(tài)原子、分子相互作用的體系作為探究究的目標(biāo),通過進(jìn)行構(gòu)造較為合理的吸附動(dòng)力學(xué)表面模型,從而選出吸附體系較優(yōu)的解析勢(shì)函數(shù),進(jìn)而可以以此為基礎(chǔ),來對(duì)多體間的相互作用的本質(zhì)原理進(jìn)行探究。
　　本論文的研究計(jì)劃是先以簡(jiǎn)單的氣態(tài)原子和金屬表面的相互作用原理為研究的出發(fā)點(diǎn),并在這基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步研究雙原子氣態(tài)分子與固體金屬表面的解離和吸附行為的機(jī)理.本實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)期的研究目標(biāo)是要將該理論體系運(yùn)用到對(duì)四原子氣態(tài)分子和金

3、屬固體表面的相互作用的研究工作上,進(jìn)而更廣泛的應(yīng)用到對(duì)多原子分子與金屬表面的相互作用的研究。
　　本實(shí)驗(yàn)室對(duì)氣-固表面的相互作用已有十余年的研究經(jīng)驗(yàn),并且取得了較好的研究結(jié)果,是一個(gè)相對(duì)較完善的研究方法.并且在研究的過程當(dāng)中,本實(shí)驗(yàn)室提出的研究方法——5參數(shù)摩爾勢(shì),即5-MP勢(shì)的解析勢(shì)函數(shù)法,曾對(duì)N-Ru、O-Pd、H-Ni等體系進(jìn)行了研究,同時(shí)也應(yīng)用于與實(shí)際情況更為相近的臺(tái)階面研究,都獲得了與實(shí)驗(yàn)方法所得結(jié)果較為吻合的理論結(jié)果.

4、不僅如此,在5-M P勢(shì)的基礎(chǔ)上推廣的LEPS勢(shì)方法,可以用來研究氣態(tài)雙原子分子在金屬表面的相互吸附,并且可以獲得較為詳盡的臨界點(diǎn)特性。
　　本文選取了氣態(tài)的H原子、S原子、O原子,應(yīng)用5-M P勢(shì)函數(shù)的研究方法,研究了上述氣態(tài)原子在金屬鋁低指數(shù)面、銅低指數(shù)面、銠低指數(shù)面上的相互作用行為的研究。
　　第一章主要概述對(duì)氣體和固體表面吸附體系行為的研究的意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、實(shí)驗(yàn)和理論的研究方法,并且具體描述了本文章所需要應(yīng)用

5、的基礎(chǔ)的理論方法以及金屬表面的簇合物模型圖.
　　第二章應(yīng)用5-參數(shù)摩爾勢(shì),即5-MP勢(shì)函數(shù)的理論方法,分別對(duì)H-Al、S-Cu、S-Rh低指數(shù)平坦表面的吸附和解離機(jī)理做了系統(tǒng)全面的研究。
　　第三章應(yīng)用5-參數(shù)摩爾勢(shì)的理論方法對(duì)O-Ag(211)(410)(997)臺(tái)階缺陷面體系做了具體研究,并且利用在5-MP勢(shì)函數(shù)的基礎(chǔ)之上推廣改進(jìn)的LEPS勢(shì)函數(shù)的理論方法對(duì)O2-Ag低指數(shù)平坦面的吸附行為做了較為詳盡的研究。
　

6、　本論文的主要成果:
　　1、H-Al(100)(110)(111)體系:氫-鋁(100)表面吸附體系存在著三種不等價(jià)的吸附位,它們分別是橋位和頂位的穩(wěn)定的表面吸附態(tài),以及四重洞位為該平坦面的表面擴(kuò)散過渡態(tài);對(duì)氫-鋁(110)表面吸附體系,頂位和短橋位為該表面的穩(wěn)定吸附態(tài),三重洞位為該表面的擴(kuò)散過渡態(tài).本文還推斷出氫原子是最先在頂位進(jìn)行吸附,然后伴隨著覆蓋度的逐漸加大,再去吸附短橋位;對(duì)氫-鋁(111)表面吸附體系,共有四種不等價(jià)

7、的臨界點(diǎn),頂位和橋位是該表面的穩(wěn)定吸附態(tài),三重洞位 fcc位和hcp位是該表面的擴(kuò)散過渡態(tài).
　　2、S-Cu(100)(110)(111)體系:硫原子在Cu(100)低指數(shù)平坦面共有三種不等價(jià)的吸附位,其中最穩(wěn)定吸附位為洞位 H位.對(duì)于(110)面共有三種不等價(jià)的吸附位,其中最穩(wěn)定吸附位為洞位,對(duì)于(111)面,共有三種不等價(jià)吸附位,最穩(wěn)定的吸附位為H位,而且是以相同的幾率的在hcp三重位和fcc三重位上吸附.
　　3、S

8、-Rh(100)(110)(111)體系:硫原子在Rh(100)低指數(shù)平坦面上共有三種不等價(jià)的臨界點(diǎn),分別是頂位 T、橋位 B以及四重洞位 H.硫原子在Rh(110)低指數(shù)平坦面共有四種不等價(jià)的臨界點(diǎn),分別為四重洞位為硫原子表面吸附態(tài),短橋位和長(zhǎng)橋位為硫原子在該面的擴(kuò)散過渡態(tài),頂位為硫原子在該面的擴(kuò)散的極大點(diǎn).硫原子在Rh(111)面共有四種不等價(jià)的臨界點(diǎn),表面吸附位有兩個(gè),分別是fcc三重洞位和hcp三重洞位,表面的擴(kuò)散過渡態(tài)有一個(gè)即

9、橋位,表面的擴(kuò)散極大點(diǎn)也有一個(gè)即頂位.
　　4、O-Ag(410)(211)(997)體系:在Ag(410)臺(tái)階缺陷表面共有三種四個(gè)氧原子吸附位.一類是四重 LB位,它位于臺(tái)面底部;另一類是二重的臺(tái)階-邊棱位 B,它位于臺(tái)階頂部的;還有一類是四重的兩個(gè)洞位 H1位以及H2位,它們位于臺(tái)階的中部.而最穩(wěn)定的吸附位是四重 LB位.同時(shí),我們也發(fā)現(xiàn)臺(tái)階的存在對(duì)吸附物的吸附起著很大的作用,但當(dāng)臺(tái)階的距離逐漸變大時(shí)這種影響也將會(huì)越來越小直至

10、消失.對(duì)于O-Ag(211)和O-Ag(997)體系,我們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)上在Ag(111)平坦低指數(shù)面測(cè)得的27.3 meV[5],30 meV[6]反常的低頻振動(dòng)頻率,它們可能是氧原子在銀(111)臺(tái)面上由于受到鄰近的三重穩(wěn)定吸附洞位上稀疏臺(tái)階的作用而產(chǎn)生的低頻振動(dòng),而不是氧原子在銀(111)平坦低指數(shù)表面的低頻振動(dòng).
　　5、O2-Ag(100)(110)(111)體系:在Ag(100)低指數(shù)面,共得到了兩個(gè)表面吸附態(tài),分別是洞位