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Ti（0001）表面氢吸附的密度泛函理论研究

作　者: 郭建新
导　师: 刘保亭
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 密度泛函理论表面吸附氢分子解离 Ti(0001)
分类号: O485
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文采用密度泛函理论计算了氢在Ti(0001)(7层层晶)外表面和内表面不同吸附位置的吸附能和功函数。结果表明hcp和fcc位置是最稳定吸附位置。通过态密度和Mulliken布居分析,hcp位置和fcc位置稳定性不同,其原因主要是它们H 1s态和Ti(0001)3d态之间相互作用大小不同造成的。通过吸附能、态密度、Mulliken布居进一步分析讨论了在内层吸附(包括四面体和八面体位置)的情况。结果发现,第2-3层之间的八面体位置或四面体位置比在第1-2层及第3-4层之间的相应的八面体和四面体位置的吸附能要大。另外,对氢插入到(1×1×7)钛超胞中的情况也进行了讨论。采用广义梯度近似的密度泛函理论研究了H2分子吸附在Ti(0001)-(2×1)表面的情况。利用吸附能和电子结构对平行和垂直吸附进行了分析。从六种平行吸附位置获得了三种稳定的结构,这三种稳定结构包括FCC-FCC(两个氢原子分别吸附在两个相邻的fcc位置),HCP-HCP(两个氢原子分别吸附在相邻的hcp位置)和FCC-HCP(一个氢原子吸附在fcc位置,另一个氢原子吸附在相邻的hcp位置),氢分子在这些情况下都解离了；四种垂直吸附的最终结构是不稳定的,氢分子很容易从Ti(0001)表面脱附。随着氢分子的解离,H-H键断裂而强的Ti-H键形成,H-H键的解离长度在1.9(?)和2.3(?)之间。另外,平行吸附过程中,量子力学取向效应决定了氢解离路径和最终稳定结构的形成。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第1章引言  8-13
  1.1 研究背景  8-11
    1.1.1 吸附的分类  9
    1.1.2 表面吸附的研究方法  9-11
  1.2 本论文的主要内容及其意义  11-13
第2章基本理论方法  13-20
  2.1 绝热近似(Born-Oppenheimer近似)  13-14
  2.2 Hartree-Fock近似  14-15
  2.3 Thomas-Fermi模型  15-16
  2.4 Hohenberg-Kohn定理  16-17
  2.5 Kohn-sham方程  17-18
  2.6 电子密度近似方法  18-20
第3章 H原子在Ti(0001)-(1×1)表面吸附的理论研究  20-32
  3.1 计算方法  20
  3.2 结果与讨论  20-31
    3.2.1 H吸附到Ti(0001)外表面的位置  21-25
    3.2.2 H插入到Ti(0001)内表面的位置  25-30
    3.2.3 H插入到(1×1×7)Ti超晶格的位置  30-31
  3.3 小结  31-32
第4章 H_2分子在Ti(0001)-(2×1)表面吸附的理论研究  32-40
  4.1 计算方法  32-33
  4.2 结果与讨论  33-39
    4.2.1 氢垂直吸附在钛表面  34-37
    4.2.2 氢平行吸附在钛表面  37-39
  4.3 小结  39-40
第5章结束语  40-41
参考文献  41-45
攻读硕士期间发表的学术论文  45-46
致谢  46

Ti（0001）表面氢吸附的密度泛函理论研究

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