H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

林峰; 郑法伟; 欧阳方平

doi:10.7498/aps.58.193

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H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

林峰 , 郑法伟 , 欧阳方平

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凝聚物质：结构、热学和力学性质

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

林峰, 郑法伟, 欧阳方平

物理学报, 2009, 58(13): 193-S198.

doi: 10.7498/aps.58.193

A density functional theory study on water adsorption on TiO2-terminated SrTiO3（001） surface

Lin Feng, Zheng Fa-Wei, Ouyang Fang-Ping

Acta Phys. Sin., 2009, 58(13): 193-S198.

doi: 10.7498/aps.58.193

摘要
利用密度泛函理论研究了0.25单层（ML），0.5ML，0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-（001）TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性，利用微动弹性带（nudged elastic band）方法计算了H2O的解离势垒.结果表明：在低吸附率（0.25ML和0.5ML）时，H2O表现为解离吸附；在0.75ML吸附率下，分子吸附和解离吸附同时存在；而在全吸附（吸附率为1ML）时，分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析，讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.

关键词:
H2O /

吸附 /

SrTiO3-（001）TiO2表面 /

密度泛函理论
Abstract
Water adsorptions on TiO2-terminated SrTiO3（001） surfaces at four kinds of coverages （0.25 monolayer（ML），0.5ML，0.75ML and 1ML） are investigatedby by using density functional theory calculations. Molecular and dissociative adsorptions of water are comparatively investigated. The nudged elastic band method is employed to calculate the dissociative energy barrier. The obtained results showed that dissociative adsorptions were energetically more favourable at low coverages （0.25ML and 0.5ML）， whereas molecular adsorption was more favourable at high coverage （1ML）， and particularly a special mixed adsorption was more favourable at 0.75ML. Based on these results， the influence of adsorption coverage on water dissociation is analyzed.

Keywords:
H2O /

adsorption /

TiO2-terminated SrTiO3（001） surface /

density functional theory
作者及机构信息
林峰¹,

郑法伟¹,

欧阳方平²

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中南大学物理科学与技术学院，长沙 410083
Authors and contacts
Lin Feng¹,

Zheng Fa-Wei¹,

Ouyang Fang-Ping²

(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中南大学物理科学与技术学院，长沙 410083
参考文献

施引文献

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[2]	李小林, 袁坤, 何嘉乐, 刘洪峰, 张建波, 周阳. NH3在TaC(0001)表面吸附和解离的第一性原理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210400*
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[8]	张轶杰, 唐春梅, 高凤志, 王成杰. Li修饰的C6分子对H2O的吸附研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147401. doi: 10.7498/aps.63.147401
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[14]	杨培芳, 胡娟梅, 滕波涛, 吴锋民, 蒋仕宇. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
[15]	陈玉红, 康龙, 张材荣, 罗永春, 马军. ［Mg(NH2)2］n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2008, 57(8): 4866-4874. doi: 10.7498/aps.57.4866
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[17]	路战胜, 罗改霞, 杨宗献. Pd与CeO2(111)面的相互作用的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5382-5388. doi: 10.7498/aps.56.5382
[18]	陈玉红, 张材荣, 马军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
[19]	曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157
[20]	杨春, 李言荣, 颜其礼, 刘永华. α-Al2O3(0001)表面原子缺陷对ZnO吸附影响. 物理学报, 2005, 54(5): 2364-2368. doi: 10.7498/aps.54.2364

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物理学报. 2009, 58(13): 193-S198.

doi: 10.7498/aps.58.193.

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

1. (1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中南大学物理科学与技术学院，长沙 410083

收稿日期: 2008-12-24
修回日期: 2009-04-15
刊出日期: 2009-12-21

摘要: 利用密度泛函理论研究了0.25单层（ML），0.5ML，0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-（001）TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性，利用微动弹性带（nudged elastic band）方法计算了H2O的解离势垒.结果表明：在低吸附率（0.25ML和0.5ML）时，H2O表现为解离吸附；在0.75ML吸附率下，分子吸附和解离吸附同时存在；而在全吸附（吸附率为1ML）时，分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析，讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.

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(1)清华大学物理系，北京 100084; (2)清华大学物理系，北京 100084；中南大学物理科学与技术学院，长沙 410083

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A density functional theory study on water adsorption on TiO2-terminated SrTiO3（001） surface

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