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Pd(110)表面吸附CO的电子信息感知模拟

发布时间:2014-07-01

  Pd是应用最为广泛的一类催化剂,CO分子也是诸多反应中最为常见的一种反应物。所以研究CO在Pd(110)表面吸附具有非常实用理论价值。本实验基于第一性原理计算方法,采用CASTEP软件对CO在Pd(110)表面吸附进行模拟。

实验内容

a.实验采用GGA-pbe的泛函进行模拟计算。利用Materials Studio软件创建Pd结构,构建吸附表面关键过程如图1所示,实验中Pd(110)晶面的真空层厚度为20 ?。



b. 用上步优化后的Pd晶胞,切出(110)表面。本实验集中于一个吸附位置,短桥位,这是众所周知的能量优先位置。覆盖率固定为1ML,在这种情况下,CO分子会相互排斥,为了防止CO分子垂直于表面。通过考虑(1×1)和(2×1)表面原胞,可以对能量分布进行计算,进而得到化学吸附能。

c. 采用GGA-pbe泛函优化Pd(110)表面结构,优化时固定真空层方向的晶格,只对另两个方向进行结构优化。将k-points值设为a=3, b=4, c=1。基于优化结果,将CO分子放在Pd(110)表面的短桥位,根据实验事实来确定键的长度,z分数值初步设为0.382 ?,如图2所示。




d. 通过软件计算优化,得到CO分子在Pd(110) (1×1)表面吸附构型(图3)。计算得到相应的吸附能、键长。为了减小CO分子之间的相互作用,将计算原胞扩大到Pd(110) (1×2),并计算相应的几何位置构型(图3)。CO的吸附能约为1.96eV。图3也显示了CO分子与Pd的态密度杂化图。从中可以看出,CO的p轨道与Pd的d轨道强烈杂化,表明CO的吸附作用非常强。




功能及效果
    本实验学习了CASTEP软件模拟计算分子吸附的常用计算方法。催化反应的第一步是反应物与表面催化剂进行接触,而最优的吸附构型是反应后续进行的前提,所以考虑反应物的吸附构型及不同浓度就很重要。通过CO在Pd(110)表面的吸附,获得了最优的吸附构型及反应机理,了解CO吸附作用强的物理要源。通过本实验,可以使学生将催化反应实验微观化,从原子层次上解释实验机理,这将对以后实际实验有重要的理论指导意义。


实验视频