水环境对Cl原子在Fe表面吸附影响的密度泛函理论研究

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1、本科毕业设计（论文）题目：水环境对Cl原子在Fe表面吸附影响的密度泛函理论研究学生姓名：郝义磊学号：11095117专业班级：材料物理11-1班指导教师：孙霜青2015年6月20日中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）水环境对Cl原子在Fe表面吸附影响的密度泛函理论研究摘要本文采用基于密度泛函理论的量子化学计算方法，研究了Cl原子在Fe金属表面的吸附特性，同时考察了水对其吸附特性的影响。首先，通过表面能及功函数确定Fe（111）面为研究面。其次，分别对稳定吸附构型的吸附能，分波态密度、布局分析及差分电荷密度进

2、行分析。结果表明：在无水条件下，Cl原子在Fe（111）面上的顶位和浅洞位处吸附最为稳定，Cl原子的吸附导致Fe（111）面发生腐蚀的倾向；在有水条件下，顶位吸附依然为Cl原子在Fe（111）面吸附的稳定构型，此时Fe表层有剥离表面的倾向，浅洞位模型变得不再稳定，Cl原子向顶位移动，键合不断增强。关键字：密度泛函理论；铁表面；氯原子；吸附；水中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）ABSTRACTInthispaper,Istudiedthesurfaceenergyandworkfunctionoftheir

3、onsurfacebasedonthequantumchemicalcalculationmethodofdensityfunctionaltheory.IstudiedsomepropertiesaboutChlorineatomsadsorptiononFe(111)andconsideredthewaterenvironment'sinfluenceontheadsorptionproperties.FirstIdeterminedFe(111)surfaceasmyobjectofstudybycalc

4、ulatingthesurfaceenergyandworkfunction.Thanweanalyzedthesurfaceenergy,PDOS,populationanalysisandelectrondensitydifferenceofthestableadsorptionmodels.Theresultsshowthat:Undertheconditionofnowater,themoststableadsorptionsiteofClatomonFe(111)aretopsiteandshallo

5、whollowsite.TheadsorptionofClmakesFe(111)surfacehaveatendencyofcorrosion;Whenitcomestowaterenvironment,thefirstFeatomlayeroftopsiteadsorptionhasatendencytospinofftheFesurface.Theshallowhollowsiteadsorptionmodeturnstobeunstable,theClatommovestothetopsite,andt

6、hebondingstrengthofCl-Febecomesstronger.Keywords:DFT;surfaceofiron(Fe);chlorineatom;adsorption;H2O中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）目录第1章绪论11.1引言11.2铁表面吸附研究现状21.2.1实验研究现状21.2.2理论研究现状31.3研究内容4第2章理论基础和计算软件介绍52.1量子化学理论52.1.1量子化学计算52.1.2密度泛函理论62.1.3赝势方法72.2计算软件简介72.2.1Materia

7、lsStudio简介72.2.2CASTEP简介8第3章水环境对Cl原子在Fe表面吸附的影响103.1计算参数选取103.2表面能和功函数计算123.2.1计算模型123.2.2计算结果分析133.2.3小结163.3Cl在Fe(111)面的吸附163.3.1计算模型163.3.2吸附能和几何结构参数183.3.3最优吸附位点193.3.4分波态密度（PDOS）分析203.3.5原子布局数和Mulliken布局分布分析223.3.6差分电荷密度分析243.3.7小结25中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）3

8、.4H2O和Cl在Fe(111)面的共吸附263.4.1计算模型263.4.2吸附能对比分析273.4.3Cl-H2O共吸附的最终构型273.4.4分波态密度（PDOS）分析283.4.5原子布局数和Mulliken布局分布分析293.4.6差分电荷分析313.4.7小结32第4章结论34致谢35参考文献36第1章绪论第1章绪论1.1引言金属材料如今仍然是人类物质文明的基础，在机械、航