非常规配位原子键合的电子计量谱研究

发布时间：2017-08-22 04:09

  本文关键词：非常规配位原子键合的电子计量谱研究

  更多相关文章： 纳米团簇和固体表面 钉扎和极化 键弛豫理论 第一性原理计算 能级偏移 结合能

【摘要】：在纳米材料和体材料表面的一系列研究中,人们致力于开拓并透彻了解这两者所具有的新颖的物理特性。在研究纳米材料系统有关的现象时,因为经典力学和热力学理论等理论方法都遇到了一些难以突破的瓶颈,致使相关的实验测量优先于理论的研究。本文我们从几个方面来阐述非常规配位原子的计量光电子能谱。首先,本文我们使用原子配位这一概念,将纳米颗粒、固体表面、界面与合金联系在一起。通过构筑 配位-键-电子‖弛豫的理论模型,揭示纳米材料不同于单原子和理想块体材料的相关物理机制。其次,本文从局域键平均的角度出发,研究原子尺度局域化学键的形成与弛豫以及相应电子与能量的变化。此外,我们通过外场刺激实现可控的 配位-键-电子‖弛豫,调制了物质结构和宏观物性。本论文主要内容概括如下:(1)系统地研究了低配位体系表层、表层缺陷的能级偏移,建立了光电子能谱(XPS)能级偏移的配位规则。(2)系统地研究了混配位体系界面、合金、原子掺杂的能级偏移。键弛豫理论与第一性原理计算相结合,建立了能级移动与材料组分和原子配位的解析函数关系。(3)研究氧、氢在固体表层的化学吸附,提出了区域选择电子能谱(ZPS)技术,从XPS中提取了材料表面的原子配位、键长、键能、极化和钉扎等定量信息。(4)研究纳米晶体的尺寸效应和温度效应,建立了原子配位与尺寸和温度的解析函数关系。本文主要探讨了原子配位对化学键、电子和能量的影响。第一性原理计算、XPS实验和理论预测的结果表明,低配位原子间相互作用是引起化学键弛豫、能级移动、钉扎和极化的根本原因。此外,我们从理论上预测了键应变、键能密度、原子结合能以及它们配位关联的定量信息,这些信息将为纳米晶体的设计提供非常有用的帮助。
【关键词】：纳米团簇和固体表面 钉扎和极化 键弛豫理论 第一性原理计算 能级偏移 结合能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 电子计量谱学概述10-11
• 1.2 原子配位体系11-13
• 1.2.1 原子配位体系分类11-12
• 1.2.2 原子低配位体系12
• 1.2.3 原子混配位体系12-13
• 1.3 配位-化学键弛豫13
• 1.4 光电子能谱现有的理论和研究现状13-21
• 1.4.1 表面和块体的结合能13-16
• 1.4.2 能级偏移的尺寸效应16-18
• 1.4.3 能级偏移的温度效应18-19
• 1.4.4 原子吸附与合金界面19-21
• 1.5 本论文选题依据和主要内容21-23
• 第2章 基本原理和方法23-41
• 2.1 紧束缚近似23-25
• 2.2 键弛豫原理和非键电子极化25-28
• 2.2.1 晶体势能的变化25-27
• 2.2.2 键弛豫理论27-28
• 2.2.3 非键电子极化28
• 2.3 BOLS理论的拓展28-35
• 2.3.1 表面缺陷和原子吸附28-30
• 2.3.2 尺寸效应30-31
• 2.3.3 温度效应31-33
• 2.3.4 混配位效应33-34
• 2.3.5 哈密顿量的微扰34-35
• 2.4 价带和非键态35-36
• 2.4.1 价电子的多样性与四面体成键调制价带电子35-36
• 2.4.2 非键态36
• 2.5 解谱规则及参数定量化36-38
• 2.5.1 解谱规则36-37
• 2.5.2 键能密度ED和原子结合能EC37-38
• 2.6 第一性原理计算38-40
• 2.6.1 密度泛函理论介绍38-39
• 2.6.2 泛函简介39
• 2.6.3 计算软件简介39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第3章 原子配位分辨表面和团簇结构41-60
• 3.1 原子配位对表面芯能级偏移的影响41-42
• 3.2 BOLS-TB解谱42-43
• 3.3 原子配位分辨表面晶体结构43-48
• 3.3.1 原子配位分辨面心立方(fcc)结构：Ir(100)，(111)和(210)面43-45
• 3.3.2 原子配位分辨体心立方(bcc)结构：Li(110)和Na(110)面45-46
• 3.3.3 配位分辨金刚石(diamond)结构：Si、Ge的(100)与(111)面46-48
• 3.4 原子配位分辨团簇结构48-54
• 3.4.1 Na和Pb团簇解谱48-51
• 3.4.2 第一原理计算Na团簇的能级偏移51-54
• 3.5 原子配位缺陷引起Si表面的能级移动54-56
• 3.6 相关化学键的信息56-58
• 3.7 本章小结58-60
• 第4章 低配位原子的尺寸和温度效应60-69
• 4.1 尺寸效应引起键-电子弛豫60-61
• 4.2 尺寸减少引起Pb和Mo团簇价带电子极化61-63
• 4.3 定量Pb团簇能级移动的尺寸效应63-66
• 4.4 定量Na团簇键应变和配位数66-67
• 4.5 定量Ir(111)面能级移动的温度效应67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 表面原子吸附的界面效应69-77
• 5.1 区域选择光电子能谱69
• 5.2 界面结合能的计算69-71
• 5.3 Ge表面氢化和氧化71-73
• 5.4 Au表面的吸附和氧化73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第6章 原子掺杂和合金的混配位效应77-89
• 6.1 原子掺杂Sc13团簇的混配位效应77-80
• 6.2 LiNa合金的混配位效应80-84
• 6.3 稀有气体He掺杂Na团簇84-88
• 6.4 本章小结88-89
• 第7章 总结与展望89-91
• 7.1 全文总结89-90
• 7.2 工作展望90-91
• 参考文献91-103
• 致谢103-104
• 攻读博士学位发表的学术论文104-105

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