贵金属及其合金吸附及力学性能的第一性原理研究

发布时间：2017-11-03 10:38

  本文关键词：贵金属及其合金吸附及力学性能的第一性原理研究

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【摘要】：本文采用含超软赝势平面波方法的第一性原理对小分子在金属及合金表面的吸附和高压下铱基合金的结构、电子性质、弹性性质和热力学性质进行了相关研究。首先,采用含超软赝势平面波方法的广义梯度近似(GGA+DFT)密度泛函理论对一氧化氮在纯金属(Pt(111)和Pt(100))和合金(Au/Pt(111)和Au/Pt(100))表面的化学吸附。不同的成分和不同的晶面能产生不同的催化效果。NO倾向于吸附到更多Pt原子的位点,Au原子取代顶层Pt原子可影响NO在表面的吸附能和金属顶层原子的d带中心。随着顶层金原子数的增加,d带中心逐渐远离费米能级,吸附能也逐渐降低。且当顶层Au的浓度相同时,Au/Pt(100)比Au/Pt(111)面呈现更好的活性。根据对电子性质的分析,NO与金属之间的相互作用主要是来源于5σ/2π*与d轨道的杂合。其次,采用第一性原理探讨了H2S在纯金属(Pd(111)和Au(111))和合金(Pd/Au(111)和Au/Pd(111))表面的吸附和解离。H2S趋向于吸附在顶位,HS吸附于桥位,S和H原子在fcc位最稳定。比较含硫碎片、氢在金属表面的吸附,出现相似的吸附能趋势:Pd/Au(111)Pd(111)Au(111)Au/Pd(111)。H2S在Pd(111)和Pd/Au(111)表面两步都为放热反应,而在Au(111)和Au/Pd(111)表面为吸热反应,H2S的解离在Pd/Au(111)表面上最易发生。随着d带中心远离费米能级,吸附能就降低。根据局部态密度分析,Pd/Au(111)里层的Au原子能加大顶层原子的d带强度,然而Au/Pd(111)里层的Pd原子却产生相反的影响。通过更详细的电子性质,可得到H2S与金属表面的相互作用。第三,运用第一性原理对不同压力下的Ir3Zr的结构、弹性和电子性质进行研究。晶体的晶格常数和体积随压力的增加而减小。随着压力升高到45GPa,弹性常数Cij、体积弹性模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比?、各向异性因子A和德拜温度TD成直线上升的趋势。并且,B/G值也随压力增加而增大,表明高压能提高晶体的延展性。在零压下,Ir3Zr表现为脆性,当压力升高到10GPa时,柯西压力和B/G的结果都表明Ir3Zr表现为延展性。分析高压下的态密度、Mülliken电荷和键长。最后,采用第一性原理探讨了L12结构的Ir3Nb和Ir3V在高压下的结构、弹性性质。计算晶体的晶格常数和弹性模量与实验和其他理论研究相一致。Ir3Nb和Ir3V弹性常数(C11,C12,C44)表明在高压下的结构稳定。柯西压力和B/G可表明Ir3Nb和Ir3V的本征是脆性,但当压力升高到45GPa,Ir3Nb和Ir3V由脆性转化为延展性。通过准谐德拜模型,预测了Ir3Nb和Ir3V的相对体积、体积模量、热膨胀系数、热容和德拜温度随压力(0-50 GPa)和温度(0-1200 K)的变化。
【关键词】：吸附 弹性性质 电子性质 第一性原理 金属及合金
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 贵金属及其合金的应用10-11
• 1.2 贵金属及合金表面的吸附11-13
• 1.2.1 小分子在金属及合金表面吸附的研究11-12
• 1.2.2 计算的模型12
• 1.2.3 d带中心12-13
• 1.3 铱基合金材料的研究13
• 1.4 高压研究的意义13-14
• 1.5 论文研究的主要内容及意义14-15
• 第2章 一氧化氮在纯金属Pt (111) 和Pt (100) 和合金Au/Pt (111) 和Au/Pt(100) 的第一原理研究15-24
• 2.1 引言15-16
• 2.2 计算方法16-17
• 2.3 结果与讨论17-19
• 2.3.1 NO分子在纯金属Pt (111)和Pt (100)表面的吸附17-18
• 2.3.2 NO分子在合金AuxPt4-x/Pt (111) (x=1~4)表面的吸附18
• 2.3.3 NO分子在合金AuxPt4-x/Pt (100) (x=1~4)表面的吸附18-19
• 2.4 NO分子在纯金属和合金表面的反应19-23
• 2.5 小结23-24
• 第3章 硫化氢在纯金属Pd (111)、Au(111)和合金Pd/Au (111)、Au/Pd (111)表面吸附与解离的第一性原理研究24-35
• 3.1 引言24-25
• 3.2 计算方法25-26
• 3.3 结果与讨论26-34
• 3.3.1 含硫碎片和H原子的吸附26-30
• 3.3.2 H_2S在金属表面的解离30-31
• 3.3.3 金属表面的电子性质31-34
• 3.4 小结34-35
• 第4章 高压下Ir3Zr的结构、弹性及电子性质的第一性原理研究35-46
• 4.1 引言35-36
• 4.2 计算方法36
• 4.3 结果与讨论36-45
• 4.3.1 结构性质36-38
• 4.3.2 弹性性质38-42
• 4.3.3. 德拜温度42-43
• 4.3.4 电子性质43-45
• 4.4 小结45-46
• 第5章 高压下Ir3Nb和Ir3V的结构、弹性及热力学性质的第一性原理研究46-56
• 5.1 引言46-47
• 5.2 计算方法47-48
• 5.3 结果与讨论48-55
• 5.3.1 结构性质48-50
• 5.3.2 弹性性质50-51
• 5.3.3 热力学性质51-55
• 5.4 小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 参考文献58-66
• 致谢66-67
• 附录 (个人简历、攻读学位期间发表论文目录)67

【共引文献】

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本文编号：1135863