姚冠宇，余 隽，吴 昊，李中洲，黄正兴，唐祯安

(大连理工大学电信学部生物医学工程学院，辽宁省集成电路与生物医学电子系统重点实验室，辽宁大连 116024)

0 引言

氧化铁以纳米粒子和超薄薄膜的形式广泛存在于自然界中，其中赤铁矿是室温下最稳定的铁氧化物之一[1]。由于其表面活性、热稳定性以及自然丰度，赤铁矿正越来越多地用于环境和能源领域中[2-8]。在气体传感器领域，氧化铁用于检测甲醛及其他气体已经开展了许多研究[9-10]，但氧化铁对于气体的传感机理尚不清楚。近年来，针对氧化铁的不同表面如(001)[11-13]、(012)[14-16]、(1-12)[17]等进行了广泛的实验和计算研究。在氧化铁的多表面中，(100)表面是常见的伴生面，并且是唯一的非极性面，而表面极性对气体吸附起着重要的作用。基于上述原因，选择赤铁矿(100)表面进行研究。本文通过反应分子动力学方法研究了甲醛在α-Fe2O3(100)表面上的吸附，分别模拟了只有甲醛以及甲醛与空气中气体(氧气、水、氢气)混合的情况，得到了不同温度下的吸附结构和能量，同时计算了不同模型的径向分布函数。

1 模型构建

α-Fe2O3的空间群为R-3C，晶系为六方晶系，晶胞参数如表1所示。使用Materials Studio建立仿真模型，首先建立3×5×5个晶胞构成的超胞模型，截取α-Fe2O3的(100)表面，并在表面增加5 nm的真空层。在氧化铁(100)表面5 Å范围内放置相应的气体分子(1 Å=10-10m)，得到最终的计算模型。模型总尺寸为2.517 5 nm×6.86 nm×6.308 13 nm，建立的α-Fe2O3气体吸附模型如图1所示。

表1 α-Fe2O3的晶胞参数

图1 α-Fe2O3和气体混合模型

2 分子模拟方法

2.1 ReaxFF力场

ReaxFF(reactive force field)力场最早是由M. Aryanpour等[18]提出的适用于化学反应系统的大规模分子动力学模拟仿真力场。……