氧原子在Pt-Ni(111)合金表面擴(kuò)散、滲透及外延生長(zhǎng)石墨烯電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，研究了氧原子在Pt(111)/Ni(111)合金表面的擴(kuò)散和滲透行為，為質(zhì)子交換膜燃料電池電極材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論參考;此外，研究了SiC表面和緩沖層摻雜對(duì)外延生長(zhǎng)的石墨烯帶隙的調(diào)控。主要結(jié)論如下:
　　 第一、根據(jù)氧原子在Pt(111)/Ni(111)及其不同比例合金等五種材料表面不同位置的吸附能，得出了氧原子在五種材料表面的最小擴(kuò)散路徑;依據(jù)最小擴(kuò)散路徑中的勢(shì)壘，研究了氧原子在

2、五種材料表面的擴(kuò)散行為，得到氧原子在五種材料表面擴(kuò)散難易程度的順序?yàn)?PtNi3(111)＞Pt3Ni(111)＞Ni(111)＞Pt(111)＞Pt(111)-skin-Pt3Ni，即氧原子在以Pt/Ni二元合金為表面的材料中的擴(kuò)散難度要普遍大于以純金屬作為表面的材料中的擴(kuò)散難度;同時(shí)在二元合金為表面的材料中，隨著體系中Ni原子含量的增加，氧原子在其表面的擴(kuò)散難度也隨之增加。
　　 第二、采用NEB的方法研究了氧原子在上述材料

3、中由表面最穩(wěn)定吸附位fcc或fcc1位向次表面對(duì)應(yīng)位置sub-hcp或sub-hcp1位的垂直滲透過(guò)程。通過(guò)對(duì)比滲透過(guò)程中的勢(shì)壘，我們得出氧原子在五種材料中由表面向次表面垂直滲透的難易程度的順序?yàn)?Ni(111)＞PtNi3(111)＞Pt3Ni(111)＞Pt(111)＞Pt(111)-skin-Pt3Ni。為了從微觀上更好地理解上述結(jié)論，我們提取滲透過(guò)程中氧原子在表面最穩(wěn)定吸附位和面下鞍點(diǎn)時(shí)氧原子和與氧原子最近鄰的Pt/Ni原子的電

4、子投影態(tài)密度(PDOS)，通過(guò)對(duì)比O-2p、Pt-5d、Ni-3d軌道的雜化程度，得出氧原子與Pt(111)、Pt3Ni(111)和Pt(111)-skin-Pt3Ni表面的相互作用較弱，即氧原子在以上三種材料表面更難以被吸附，因此向材料內(nèi)部滲透也相對(duì)較為容易。
　　 第三、我們首先在不破壞SiC外延生長(zhǎng)石墨烯(Graphene)原有結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性的基礎(chǔ)上，選擇B、N、Al、P原子，依次替換SiC基底(0001)面的未成鍵的Si原子