密度泛涵方法研究H2在Fe、Co、Ni(110)表面的吸附性质

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目前,环境污染与防治已经成为全球关注的严重问题。在众多的降解方法中,纳米零价铁降解法的降解效果最为满意,而在其催化降解过程中,氢在金属表面的吸附是比较重要的第一步,因此有必要对氢在过渡金属表面的吸附进行理论的研究。目前对于氢在金属表面吸附体系的研究仅以氢原子在金属表面的吸附产物的研究为主,没有就其吸附过程进行探讨。由于金属铁、钴和镍同为第四周期Ⅷ族的元素,性质具有一定的相似性。本文采用密度泛函理论(Density FunctionalTheory,DFT)对H2在Fe、Co、Ni三种金属的(11O)表面的吸附过程进行初步的探索性研究。  研究了H2吸附Fe、Co、Ni三种金属的(11O)表面的结构、吸附位置、吸附过程、吸附能等特性参数。由计算数据得知,该吸附过程存在一个过渡态并通过振动频率分析验证了过渡态的正确性。同时也讨论了相关吸附性质与氢原子覆盖度(1.000-0.125ML)的关系。  计算结果表明,对于H2/Fe(110)体系,随着覆盖度的降低,体系平均每个原子能量逐渐上升且趋于平缓,吸附能逐渐下降,整个体系趋于更稳定。氢的稳定吸附位置与覆盖度有关,大多数覆盖度下氢的最稳定吸附位是顶位;覆盖度是0.500、0.333时,氢的最稳定吸附位是LB位。覆盖度对铁原子的结构以及吸附过程影响不大,吸附能垒均低于4.4 kcal/mol,属于强吸附。最终的结果是H2解离成2个氢原子,与铁原子形成稳定的Fe-H键。  对于H2在Co(11O)表面的吸附,覆盖度为0.670、0.500和0.400ML时,H2在Co(110)表面的吸附的最稳定位置是2T位,其规律与在H2在Fe(110)表面相似,覆盖度为1.000ML时,吸附出现异常情况,覆盖度小于0.400ML,H2在Co(110)表面的吸附较为困难,甚至不能发生吸附。对于H2在Ni(110)表面的吸附,本文仅计算5x5x1表面下的2T1和2T2两个吸附位置。从这两个吸附位置的相关数据我们认为,H2在镍表面的吸附过程与在铁表面的吸附相似。
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