姜平国 汪正兵 闫永播

(江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州341000)

三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究∗

姜平国†汪正兵 闫永播

(江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州341000)

(2016年11月14日收到;2017年1月14日收到修改稿)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,在广义梯度近似下,研究了立方WO3,WO3(001)表面结构及其氢吸附机理.计算结果表明立方晶体WO3理论带隙宽度为0.587 eV.WO3(001)表面有WO终止(001)表面和O终止(001)表面两种结构,表面结构优化后W—O键长和W—O—W键角改变,从而实现表面弛豫;WO终止(001)表面和O终止(001)表面分别呈现n型半导体特征和p型半导体特征.分别计算了H原子吸附在WO终止(001)表面和O终止(001)表面的H—O2c—H,H—O2c···H—O2c,H—O1c—H和H—O1c···H—O1c四种吸附构型,其中H—O1c—H吸附构型的吸附能最小,H—O键最短,H失去电子数最多,分别为−3.684 eV,0.0968 nm和0.55e,此吸附构型最稳定.分析其吸附前后的态密度,带隙从吸附前的0.624 eV增加到1.004 eV,价带宽度基本不变.H的1s轨道电子与O的2p,2s轨道电子相互作用,在−8和−20 eV附近各形成了一个较强的孤立电子峰,两个H原子分别与一个O1c原子形成化学键,最终吸附反应生成了一个H2O分子,同时产生了一个表面氧空位.

第一性原理,三氧化钨,氢气,吸附能

1 引言

三氧化钨(WO3)是一种优良的半导体材料,广泛应用于化学催化、高温超导、气体传感、电致变色、光降解、新能源等领域[1−9],同时也是制取超细钨粉的原料[10,11].钨具有优异的物理和化学特性,如高熔点、高硬度、高密度、高弹性模量、优良的断裂韧性及良好的导热性等性质,是生产……