日韩欧美中文字幕在线韩

  • <pre id="0xn3r"></pre>
  • <acronym id="0xn3r"><label id="0xn3r"><address id="0xn3r"></address></label></acronym>
    <td id="0xn3r"></td>
    <acronym id="0xn3r"><strong id="0xn3r"><listing id="0xn3r"></listing></strong></acronym>
    1. MedeA案例二十一:在酸雨腐蝕領域中的應用-SO2在Ni(111)及羥化NiO(111)表面上吸附的

      2016-12-15 16:53:44 來源:源資科技市場部

      新聞摘要:近年來,由化石燃料的燃料產生的SO2作為酸雨的主要成分,是一種常見的大氣污染物,因此系統研究SO2與金屬表面之間的腐蝕行為十分重要。當金屬表面暴露在大氣中時,通常表面會被一層金屬氧化物覆蓋。此文獻中研究了SO2和O原子在干凈Ni(111)表面上的吸附行為;通過O2分子在干凈Ni(111)表面上的吸附研究鈍化的Ni薄膜生長機理;考慮到表面O空穴的影響,作者還對比研究了SO2在有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上的吸附結構;通過O和SO2分子在有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上的共吸附結構研究O原子


      第一性原理研究
      1.研究背景
            近年來,由化石燃料的燃料產生的SO2作為酸雨的主要成分,是一種常見的大氣污染物,因此系統研究SO2與金屬表面之間的腐蝕行為十分重要。當金屬表面暴露在大氣中時,通常表面會被一層金屬氧化物覆蓋。此文獻中研究了SO2和O原子在干凈Ni(111)表面上的吸附行為;通過O2分子在干凈Ni(111)表面上的吸附研究鈍化的Ni薄膜生長機理;考慮到表面O空穴的影響,作者還對比研究了SO2在有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上的吸附結構;通過O和SO2分子在有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上的共吸附結構研究O原子對SO2分子吸附行為的影響。


      2.建模與計算方法
            作者通過Welcome to MedeA Bundle中Surface Builder和Supercell Builder創建了(2x2)的Ni(111)及NiO(111)表面和羥基化的NiO(111)表面結構及有無氧空穴的羥基化的NiO(111)表面。接著,作者又創建了O2和SO2在不同表面上的吸附結構。

        作者采用MedeA-VASP模塊中自旋極化的DFT+U的方法(U值為6.3 eV),對不同體系進行結構優化;采用Bader電荷分析說明不同體系中的價電子轉移。(2x2)的體系均采用(4x4x1)的k點進行計算。

       

      圖1 左(a)和(b)為2x2-Ni(111)表面結構的俯視圖和側視圖;右(a)和(b)為2x2-NiO(111)表面結構的俯視圖和側視圖。


      3.結果與討論
      3.1干凈Ni(111)表面上O原子、O2分子、SO2分子的吸附及O和SO2分子的共吸附
            作者采用MedeA-VASP模塊對不同的吸附體系做結構優化,并給出了不同吸附體系的結構(見表1)及對應結構中的相關鍵長、價電子轉移及吸附能(見表2)。結果表明:1)O原子傾向于吸附在干凈Ni(111)表面上的hcp位,此結果與NiO鈍化膜沿(111)方向的O原子位置一致。2)O2分子在覆蓋度為0.25 ML時在Ni(111)表面上解離吸附;在覆蓋度為0.5 ML時為分子吸附。3)SO2分子在Ni(111)表面上只能以分子形式吸附,當與O原子共吸附在表面上時,SO2分子會被氧化成SO3。O原子的存在會提高SO2在Ni(111)表面上的吸附能力。

      表1  干凈Ni(111)表面上O原子、O2分子、SO2分子的吸附及O和SO2分子的共吸附結構

       

      表2  干凈Ni(111)表面上O原子、O2分子、SO2分子的吸附及O和SO2分子共吸附相關鍵長、電荷轉移和吸附能

       



      3.2有無O空穴的羥基化Ni(111)表面上SO2分子的吸附及O和SO2分子的共吸附
            作者采用MedeA-VASP模塊對不同的吸附體系做結構優化,并給出了不同吸附體系的結構(見表3)及對應結構中的相關鍵長、價電子轉移及吸附能(見表4)。結果表明:1)在沒有O缺陷的羥基化NiO(111)表面上,SO2分子沒有呈現出明顯的化學吸附。當O原子與SO2分子共吸附在表面上時,仍然沒有呈現出明顯的化學吸附。2)在有O缺陷的羥基化NiO(111)表面上,SO2分子呈現為化學吸附,而且隨著O缺陷的濃度增大,SO2分子吸附能和價電子的轉移也隨之增大。3)當O原子與SO2分子共吸附在有O缺陷的羥基化NiO(111)表面上時,SO2分子被吸附的O原子氧化成SO3,SO3吸附在羥基化的NiO(111)表面的O空穴位置上。O原子的存在能夠提高SO2分子在表面的吸附能力。同樣,隨著O缺陷的濃度增大,SO2分子吸附能和價電子的轉移也隨之增大。

      表3 有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上SO2分子的吸附及O和SO2分子的共吸附結構

       

      表3 有無O空穴的羥基化NiO(111)表面上SO2分子的吸附及O和SO2分子的共吸附的相關鍵長、電荷轉移和吸附能

       

       

      圖2   SO2分子及SO2和O共吸附在不同表面上的吸附能和電子轉移。
      點a(e):SO2分子(SO2分子和O原子)在無O缺陷的羥基化NiO(111)表面;
      點b(f):SO2分子(SO2分子和O原子)在干凈Ni(111)表面;點
      點c(g):SO2分子(SO2分子和O原子)在50%O缺陷的羥基化NiO(111)表面;
      點d(h):SO2分子(SO2分子和O原子)在100%O缺陷的羥基化NiO(111)表面。

        圖2通過將SO2分子在Ni(111)表面和羥基化NiO(111)表面上的吸附性質進行對比,發現SO2分子只能吸附在干凈的Ni表面或有O缺陷的NiO表面,O原子的共吸附和羥基化NiO(111)表面上O缺陷的濃度都對SO2分子的吸附性質有極大的影響。


      4.總結與展望
            本案例中,作者通過第一性原理DFT計算,詳細地研究了酸雨污染物主要成分SO2分子在Ni(111)及有無O缺陷的NiO(111)表面上的吸附行為,最終發現金屬鈍化膜的完整性和穩定性都會影響金屬的抗腐蝕能力,這對于目前大家都關注的環境保護中酸雨腐蝕的研究又是一個重要的貢獻。


      參考文獻:
      X. Wei, C. F. Dong, Z. H. Chen, K. Xiao, X. G. Li. Density functional theory study of SO2-adsorbed Ni(111) and hydroxylated NiO(111) surface. Applied Surface Science 355 (2015) 429 –435.


      使用MedeA模塊: 
      Welcome to MedeA Bundle
      MedeA-VASP

      【責任編輯:(Top) 返回頁面頂端
      Copyright ? 2008 - 2021 Tri-ibiotech.com All Right Reserved. | 備案許可證: 滬ICP備11020704-5.
      日韩欧美中文字幕在线韩