O2在α-U(001)面吸附的密度泛函理论研究.pdf

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1、第22卷第10期化学研究与应用V01．22．No．102010年10月ChemicalResearchandApplicationOct．，2010文章编号：1004．1656(2010)10—1283-07O2在一U(001)面吸附的密度泛函理论研究李赣h，罗文华，陈虎翅(1．表面物理与化学国家重点实验室，四川绵阳621907；2．中国工程物理研究院，四川绵阳621900)摘要：采用广义梯度密度泛函理论结合周期性平板模型，计算了0：在d—u(00i)表面吸附的几何和电子结构，并对H：、O：的吸附特性进行了对比分

2、析。结果表明：0：分子在Ot．u(oo1)面上呈强解离化学吸附，吸附能为9．54～10．22eV，0·0距离较大的D+D—II构型最为稳定；吸附后表层U原子向上迁移，同时伴随着褶皱的产生；解离0原子与表面U原子的相互作用主要是离子键合，伴随着较弱的源于U5f／6d．O2p轨道杂化的共价键合；O原子的扩散能垒小于0．3eV，易于在U表面扩散迁移；O分子在U表面的吸附强度较H：分子要大得多，对U表面结构的影响也更加显著。．关键词：密度泛函理论；Or—U(O01)表面；0：分子；吸附中图分类号：0641．121文献标识

3、码：ADensityfunctionalstudyof02adsorptionon-U(O01)surfaceLIGanh，LUOWen．hua，CHENHu—chi(1．NationalKeyLaboratoryforSurfacePhysicsandChemistry，Mianyang621907，China；2．ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)Abstract：Thegeometricalandelectronicstructure

4、of02adsorptiononaU(O01)surfacewasstudiedwithperiodicslabmodelbydensity—functionaltheorywithingeneralizedgradientapproximation(GGA)andtheadsorptioncharactersofH2and02werecompared．ThecalculatedresultsshowthatstrongdissociativeadsorptionofO2isfavoredwithadsorpti

5、onenergiesof9．54～10．22eVandtheD+D·II-typeadsorptionwithlongerO一0distanceismoststable．TheUatomsofsurfacelayerarefoundtomoveupwardafteradsorptioncoupledwithrumplingofthesurfacelayer．TheionicpartoftheU—Obondingplaysasignificantroleinthedissociativeadsorption，alo

6、ngwiththecovalentpartduetoU5f／6dand02phybridization．ThecalculatedbarrierfordifusionofOatomislessthan0．3eV，whichindicatestheon-surfacedifusioniseasyfor0atoms．TheadsorptionstrengthofO2onot-u(oo1)surfaceismuchlargerthanthatofH2，thenitsimpactonthesurfacestructure

7、ismoreprominent．Keywords：Densityfunctionaltheory；a—U(O01)surface；Oxygen；Adsorption铀是原子能工业中一种重要核燃料，化学性的相互作用受到广泛关注。铀的初期氧化一般经质十分活泼，在环境气氛中极易发生氧化腐蚀而历物理吸附、化学吸附、氧化物形核和长大等阶造成其使用性能发生改变。因此，铀与活性气体段，其中，吸附过程是初期氧化物形成的前提。因收稿日期：2009-04-30；修回日期：2010-04-21基金项目：国防科技重点实验室基金(9140

8、C6601010901)资助项目联系人简介：李赣(1974-)，男，副研究员，主要从事核燃料循环与材料研究。Email：20021igan@sina．cornl284化学研究与应用第22卷此，了解活性气体的吸附过程有助于深入理解铀用自旋限制波函数求解Kohn．Sham方程；布里渊的氧化腐蚀。然而，铀的高化学活性使得吸附作区积分的Monkhorst-Pack网络参数设为4×