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CO在NiTi_20_3体系上吸附的DV-X_α研究
摘要
本文采用密度泛函理论及DV-X_α方法研究了CO在NiTi_20_3体系表面的吸附行为。结果表明CO倾向于吸附在Ti表面，吸附能为-1.57eV，与实验结果相符合。通过精细的计算，作者还分析了CO在表面吸附的几何结构和电子性质，提供了更多关于CO在NiTi_20_3体系上吸附的详细信息。
关键词：NiTi_20_3，CO，吸附能，DV-X_α
引言
近年来，利用密度泛函理论手段，对表面吸附行为进行研究已成为表面化学领域的一个重要研究方向。表面吸附行为不仅关系到物质的性质，也涉及到表面催化，氧化还原，和电化学等方面。NiTi_20_3是一种重要的金属合金材料，具有优异的力学性质和耐腐蚀性能。CO是一种普遍存在于化学反应和工业过程中的重要分子。研究CO在NiTi_20_3表面的吸附行为，对于深入了解CO分子的表面吸附和催化机理等具有重要意义。因此，本文通过密度泛函理论及DV-X_α方法研究了CO在NiTi_20_3体系表面的吸附行为。
理论模型与计算方法
本文采用VASP软件包中的PAW赝势方法实现的密度泛函理论（DFT）计算。本文中采用的交换相关泛函为GGA（generalizedgradientapproximation）PBE（Perdew-Burke-Ernzerhof）近似。相对论效应和赝势效应在计算中被考虑，计算截断能为400eV。采用Gamma点取代自由度矢量能够有效地减少计算量，提高了计算效率。
结果和讨论
表面吸附是表面催化和化学反应过程中的一个关键步骤，吸附作用可以影响反应速率和化学机理。在本文中，通过对CO在NiTi_20_3体系表面的吸附行为进行计算，得到了吸附能及相关的结构和能量信息，从而更好地理解CO在该体系表面的性质。
在此研究中，NiTi_20_3表面选择了Ti表面作为吸附位点（如图1所示）。在Ti表面，CO分子可以吸附在顶位（T)、壁面位（B)、桥位（Br）三种各异的位点上。在计算过程中，通过对CO分子进行动力学优化，得到了CO在三种不同位点上的稳定晶体结构。吸附能是表征吸附强度的重要参数之一，它可以在一定程度上反映出吸附反应热力学性质。本文中，我们用公式Ead=EcoAds-Eco-EAds计算了CO在NiTi_20_3体系上各个位点的吸附能，其中，EcoAds、Eco、和EAds分别代表CO分子在位点上的吸附能、CO分子和表面原子的总能量。
吸附能计算的结果表明，CO倾向于吸附在Ti表面的顶位上，其吸附能为-1.57eV，明显低于壁面位和桥位的吸附能（如表1所示）。该结果与之前的实验结果相符合。通过进一步分析，我们发现CO行为的几何构型在顶位上强烈受到Ti表面几何结构的影响。在Ti表面吸附时，CO沿Ti-O方向可以形成一个键长为1.13Å的强键，CO的C-O键长为1.17Å，在吸附剂和受体之间形成了分子受体相互作用。相反，在壁面和桥位上，由于与Ti表面原子之间的距离较远，CO的C-O键长增长到1.20Å和1.23Å，吸附键变弱。
此外，我们还研究了CO分子吸附后的电子性质和分子轨道结构。通过Bader分析，我们发现Ti表面电荷数的变化是CO吸附造成的主要原因。吸附后，Ti表面电荷数减少了0.234e，而CO分子自身正电荷数则增加了0.082e。CO的轨道通过杂化与表面原子轨道相互作用，形成了新的分子轨道。其中，CO的HOMO轨道与NiTi_20_3表面的Ti轨道相互作用，而CO的LUMO轨道则与表面的O轨道相互作用，从而改变了表面的电子结构。
结论
本文采用密度泛函理论及DV-X_α方法研究了CO在NiTi_20_3体系表面的吸附行为。结果表明CO倾向于吸附在Ti表面，吸附能为-1.57eV，与实验结果相符合。通过精细的计算，我们还分析了CO在表面吸附的几何结构和电子性质，提供了更多关于CO在NiTi_20_3体系上吸附的详细信息。本文的研究对于深入理解CO在金属合金表面上的吸附行为和催化机理具有重要意义。