用密度泛函理论研究H2PO2~-在Ni、Cu等过渡金属表面的吸附特性

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次磷酸盐(H2PO2-)是化学镀过程中使用最广泛的还原剂之一。本论文使用Gaussian03W软件,采用了密度泛函理论(DFT)和簇模型的方法研究了次磷酸根在Ni(111),Pd(111),Pt(111)和Cu(111),Ag(111),Au(111)金属表面上的吸附过程。计算结果表明,H2PO2-吸附在不同金属表面的最稳定构型是H2PO2-通过它的两个P—O键沿着金属基底表面的桥式位置发生吸附,且是使用它的两个氧原子起着锚定作用,而不是氢原子。H2PO2-吸附在Ni(111),Pd(111),Pt(111)金属基底表面的吸附能比在Cu(111),Ag(111),Au(111)金属基底表面吸附的吸附能明显大很多,并且在Ni(111),Pd(111),Pt(111)金属基底表面的吸附更紧密。Mulliken布居分析表明,次磷酸根离子在金属表面的吸附过程中,H2PO2-中O原子的孤对电子给予给基底金属的外层s轨道,以及基底金属的d轨道电子反馈给H2PO2-中P原子起到关键性的作用。其中Cu,Ag,Au的d轨道基本上已经被充满,而Ni,Pd,Pt的d轨道没有被充满,因此,在Ni,Pd,Pt表面上的电子转移数量与Cu,Ag,Au表面相比是更大的,这些结论可以在一定程度上解释为什么H2PO2-在Ni,Pd,Pt的化学镀过程中是一种很好的还原剂,而不能用于Cu,Ag,Au的化学镀过程。接着我们研究了次磷酸根离子在镍的单晶表面的吸附,结果表明了Ni(210)单晶表面的催化活性要比Ni(111)和Ni(100)单晶表面强。进一步我们使用了密度泛函理论研究了化学镀过程中H2PO2-的氧化机理。我们考查了从H2PO2-脱氢形成三配位中间体的反应路径和将OH-加成到H2PO2-所形成的五配位中间体的反应路径。计算结果表明次磷酸根离子的氧化过程在不同的金属表面上也许有不同的氧化机理。在Ni金属表面上的氧化过程可能是经过三配位的氧化反应路径,在Pd金属表面上的氧化过程可能是经过五配位的氧化反应路径。
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