水分子在立方ZrO2(110)面吸附与解离的密度泛函理论研究

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1、第30卷第4期催化学报2009年4月、，o1．30N0．4ChineseJournalofCatalysisApril2009文章编号：0253．9837(2009)04—0328-07研究论文：328—334水分子在立方ZrO2(110)面吸附与解离的密度泛函理论研究杨亚丽，陆春海，黄娟，李奕，陈文凯福州大学化学系，福建福州350108中国S-程物理研究院，四川绵阳621900；新干县第二中学，江西新干331300摘要：采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)的PW91方法结合周期性平板模型，研究了H20，OH和O在立方ZrO2(11O)

2、面上不同吸附位的吸附．结果表明，在bridge位H2O以垂直底物平面氢原子向上模式吸附在立方Zr02(1lO)面时发生解离形成表面羟基，吸附能为150．5kJ／mo1．而在top位H2O以垂直底物平面氢原子向下模式吸附为物理吸附，吸附能为14．8kJ／mo1．OH和O在立方ZrO2(110)面的最佳吸附位是top位，其吸附能分别为241．5和209．1kJ／mo1．同时分析了Mulliken布居、态密度和伸缩振动频率．关键词：水；二氧化锆；密度泛函理论；吸附；解离中图分类号：0643文献标识码：ADensityFunctionalTheory

3、StudyofH20AdsorptionandDecompositiononCubicZrO2(110)SurfaceYANGYali，LUChunhai，HUANGJuan，LIYi’CHENWenkai，，DepartmentofChemistry,FuzhouUniversity,Fuzhou350108,Fujian，China；ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900,Sichuan，China；XinganNo．2MiddleSchool,Xingan33130~Jiangxi

4、,ChinaAbstract：TheadsorptionofH2O，OH．andOonthedifierentsitesofcubicZr02(110)surfacehasbeenstudiedwithaperiodicslabmodelbyPW91approachofGGAwithintheframeworkofdensityfunctiona1theory．TheresultsshowedthatH2OmoleculeadsorptiononcubicZr02(110)surfaceisdissociationadsorptionwhen

5、theadsorptionmodelisbfidge(H-up)，andtheseH20moleculesformsurfacehydroxylgroups．Theadsorptionenergyis150．5kJ／mo1．Thetop(H—down1adsorptionmodelisphysicaladsorptionwithanadsorptionenergyof14．8kJ／mo1．T}letopsitewasfoundtobethemoststableadsorptionsiteforOHandO。andthecalculatedad

6、sorptionenergyiS241．5and209．1kJ／mol，respectively．TheMullikenpopulation，thedensityofstates，andthesuetchvibrationalfrequencieshavealSObeenan~yzed．Keywords：water：zirconiumdioxide；densityfunctionaltheory；adsorption；decomposition水分子在固体表面的吸附是理论和实验研究者能在立方ZrO2(111)面发生解离吸附，其。一H键长关注的

7、焦点之一，尤其是水分子在金属u和金属分别为0．0973和0．1409am，解离能为一63．54kJ／mol，氧化物表面的吸附在多相催化、环境保护、腐且解离出的羟基吸附在表面的锆原子上，解离出的蚀和电化学等方面有着重要的应用．Raz等N31通过氢原子与表面氧原子结合形成新的羟基．Iskan．传导和热量分析研究了水分子在掺杂Y0的ZrO2darova等Il采用第一性原理研究了水分子在四方表面上的吸附行为，研究表明，水分子的吸附与温ZrO2(001)，ZrO2(101)和单斜ZrO2(001)晶面的吸附，度有关，在较高温度下发生化学吸附，吸附焓为发

8、现吸附能随着水覆盖度的减少而逐渐增加，当覆100—200kJ／mol，在150℃以下发生物理吸附，吸盖度为50％时，水分子在三个晶面均能发生解离吸附能小于20kJ／