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双原子分子在金属表面的吸附和解离过程的研究是表面科学的重要内容之一。在汽车的催化式排气净化器和在核反应堆中,简单金属Be可被用于吸收各种由含C,N,H和O等原子的分子组成的废气。因此研究双原子分子在Be表面的吸附和解离性质就显得特别有实际意义。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了双原子分子N2、CO和NO分子在Be(0001)表面的吸附和解离性质。通过计算吸附体系的势能而(PES),态密度分布和差分电荷密度分布等性质,得出如下结论:
1.N2分子很难吸附在Be(0001)表面。N2在Be表面解离的最小能量路径是沿着hcp-x通道,其解离势垒为4.12 eV。我们认为Be表面并不利于清理N2分子,而通过有效地排出反应产物N2,其可用于汽车的催化式排气净化器。
2.CO分子在Be表面的吸附需要克服一定的能量势垒。最稳定的吸附态是fcc-z1通道的FZ态,而top-z1通道的TZ态的吸附势垒最小。通过对体系电子结构进行计算分析,我们进一步发现在吸附过程中,电子从CO的成键轨道转移到了Be的s和Pz态。而CO的反键轨道与Be的Px和Pz态有较强的杂化现象。
3.对NO分子,在Be(0001)表面沿top-z1,fcc-z1和hcp-z1通道都有相应吸附态存在,且没有吸附势垒。最稳定吸附态为hcp-z1通道的HZ态。进一步的电子结构计算表明,吸附态时有电子从NO分子的最高占据轨道转移到表面的Be原子。