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近年来,过渡金属团簇吸附在氧化物表面的模拟催化性质的研究已经引起实验和理论研究者们的广泛关注。由于电子计算机的飞速发展和各种高效方法的出现,使得量子化学计算在各种各样的技术应用方面以及对实验结果的预测中发挥了日益广泛的作用。Ag是催化反应中非常重要的一种过渡金属元素。作为高效的异相和均相催化剂已经广泛应用于大量的工业催化成产中。由于Ag簇在实际生产中的重要性,Ag团簇已经成为大量的实验和理论研究的对象。尽管目前实验上对 Ag团簇吸附在氧化镁表面性质的研究已经做出了很大的努力。但是对于Ag团簇在氧化镁表面成核和移动机制及与Pt,Pd簇吸附性质比较的理论研究还比较缺乏。第一性原理的理论计算为我们更好的理解金属簇吸附在氧化物表面性质的研究提供了补充的工具。本文采用基于密度泛函理论中 DFT/UB3LYP方法并采用SCREEP镶嵌模型,系统的研究了Ag簇在氧化镁表面的成核和移动机制及与Pt,Pd簇吸附性质作出比较。其主要内容如下:
1.采用基于密度泛函方法(DFT)的UB3LP方法对吸附在氧化镁表面的Agn小团簇基态的结构和能量进行计算。计算并讨论了 Ag团簇的成核能,第一电离势,能级间隙随团簇尺寸变化的规律。研究结果表面,Ag团簇的成核能,第一电离势,能级间隙随着原子尺寸的增加而呈现明显的奇偶振荡特征,并对此作出了分析。团簇的电子性质决定了团簇的几何构型。并且随着团簇尺寸大小的变化规律,可以从理论上确定团簇的最稳定结构。得到的稳定结构与文献报道过的基本一致。研究结果表明,含有偶数原子的Ag团簇比含有奇数的团簇具有更高的稳定性。团簇的这种奇偶振荡性规律主要与原子内部的电子结构相关。
2.计算结果表明了Ag簇在氧化镁表面的增长过程主要包括:金属成核、生长、迁移、和扩散。第一性原理的计算表明 Ag原子首先在MgO表面的氧缺陷位置成核。但是随着Ag簇尺寸的增加,Ag簇主要通过转动的模型从缺陷处移出来,并且计算了从缺陷处移出所需要的能量平均到每个原子大约6.28 kcal/mol。这些Ag簇的相对能量值为金属簇在氧化镁表面的平移机理所需要的能量提供了很好的估计。从缺陷移出所需要的相对能量主要依赖于金属与金属之间以及金属与氧化物之间相互作用强弱决定。目前的计算结果可以更好的解释金属簇在氧化镁表面的成核和移动机制。计算结果还表明 Ag簇在氧化镁表面的成核过程与Pt,Pd簇相似,除 Ag簇吸附在氧化镁表面的表面结合能(SBD)和从缺陷位置移出所需要的相对能量比Pt,Pd簇小。