氢原子在平坦金属鲤-上海有机化学研究所.PDFVIP

掏喃 化学学报 ACTA CHIMICA SINICA 1990, 48 , 11-16 _ 氢原子在平坦金属鲤 (100) 面上表面扩散行为的 ab initio 研究 王泽新 (青岛化工学院应用化学系，青岛〉 关大任特 黎政事 丁世良 邓从豪 电‘ 〈山东大学理论化学研究室，济南) 嚼， 木文用 Li7(4， 3)-H 和 Li9(5， 4)-H 小原子簇模拟氢原子在平坦金属铿(100)面吸附休累，敢 小基组作了各吸附位吸附势能曲线及相应分子轨道能级图、吸附和表面扩散势能丽的 αb initio 研 究.结果表明，氢原子优先吸附在配位数较寓的吸附位上，并倾向于由离配位数吸附位向低配位数 , . 吸附位迁移，表面扩散各向异性，扩散跳跃步长与铿单品品格原子间距数量级相同.从吸附和表面 扩散势能回确定了最低能量表面扩散途径，分析了原子在平坦金属表面上迁移的微观过程. 研究原子或分子在金属表面上的吸附和表面扩散行为，对于理解多相催化作用的本质极 为重要，并对许多有关工艺技术(如催化剂颗粒稳定性，半导体器件及大规模集成电路制造中 是 的薄膜生长、淀积，结晶成核等)具有指导意义. 原子或分子在铿单晶表面上吸附的实验[1-4] 及理论[5-10J 研究均有报道，并提供了有关化学键及表面态的丰富信息. 但是p 由于测量单品 表面上原子或分子的扩散十分困难p 因此可靠的实验数据不多[lr16飞理论研究也相当缺乏.全 面理解原子在金属表面上的吸附和扩散过程，不仅需要金属表面上某些稳定吸附位的吸附特 性数据3 而且需要体系吸附能量随空间位置变化的细节. 为此，本文取 Li9(5， 4)-H 和 Li (4， 3)-H 两个小原子簇模拟氢原子-平坦捏(100) 面吸附体系，用 αb 如例o SOF-MO 方法 j 叫 可，/ (STO-2G 和 STO-3G 基组[17]， TEXAS 梯度法程序[18]) 计算了吸附和表面扩散势能面p 研究 了吸附位特性，表面扩散势垒，最低能量表面扩散途径等，对其微观结构和动态过程作了分析 和讨论. 原子簇模型 为了研究吸附原子沿金属表面的扩散行为，所取原子簇模型必须能够同时模拟配位数不 同的吸附位. 为此，本文取 Li9(5， 4)-H 和 Li7(4， 3)-H 两个原子簇分别模拟氢原子在惺 (100) 平坦表面上由顶位到桥位(T→盼和由洞位到桥位(H→盼的吸附和表面扩散体系(见图 la, 1b). 由1，1(1.00)表面层上的5 个钮原子和第二层上的4 个钮原子构成了 Li9 侣， 4)-H , ~l 原子簇(图 la)，对桥位吸附来说，此模型主要考虑了吸附氢原子与惶表面层的两个最近邻及 第二层的两个次近邻铿原子之间的相互作用，因此对桥位吸附的描述比较粗糙，而对顶位吸附 的描述则比较理想.类似的分析可以看出， Li7性， 3)-H 原子簇对洞位吸