From Glaphene to Glaphynes: A Hybridization of 2D Silica Glass and Graphynes
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Rice University（莱斯大学）
受glaphene启发，研究人员提出由SiO₂单层与α-、β-、γ-石墨炔堆叠形成的新型杂化二维材料glaphynes，经DFTB方法验证其结构与能量稳定，且电子邻近效应可在部分体系中打开带隙。
2025-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Binding energies and electronic structures of adsorbed titanium chains on carbon nanotubes
利用第一性原理方法研究了金属（Ti，Al，Au）链吸附在单壁碳纳米管（SWNT）上的结合能和电子结构。我们的计算表明，钛在能量上比金和铝更有利于在各种单壁碳纳米管上形成连续链。钛和碳纳米管之间的相互作用显着修改周围的费米能的Z字形和扶手椅管的电子结构。来自钛链的离域3d电子在半导体管的带隙区域产生额外的状态，将它们转化为金属。
2002-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Fluorographynes: Stability, Structural and Electronic Properties
在石墨炔片中存在可变量的sp2/sp1原子，其可以通过分别与一个或两个氟原子共价结合而转化为sp3样原子，允许人们假设形成具有可变F/C化学计量的氟化石墨炔（荧光石墨炔）。在这里，采用DFT能带结构计算，我们研究了一系列的荧光石墨，并在其稳定性，结构和电子性质的趋势进行了讨论，根据其化学计量：从C2 F3（F/C= 1.5）C4 F7（F/C= 1.75）。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
High-capacity reversible hydrogen storage in scandium decorated holey graphyne: Theoretical perspectives
采用密度泛函理论和分子动力学模拟研究了一种新合成的碳同素异形体--钪修饰的多孔石墨炔的储氢性能。我们观察到一个多孔石墨炔晶胞可以吸附6个Sc原子，每个Sc原子可以吸附5个H $_2$分子，平均结合能为-0.36 eV/H $_2$，平均脱附温度为464 K.氢气的重量百分比为9.80%，这显著高于美国能源部6.5%的要求。通过Bader电荷分析，我们发现Sc原子的3d和4s轨道向多孔石墨炔的C-2 p轨道转移了1.9e电荷.氢分子通过库巴斯相互作用与钪原子键合。从头算分子动力学模拟证实了钪修饰的多孔石墨炔体系在高脱附温度下的结构完整性。足够的Sc原子扩散能垒的存在，确保避免在系统中的金属-金属集群。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Molecular hydrogen adsorbed on benzene: insights from a quantum Monte Carlo study
我们提出了一个量子Monte Carlo研究的氢-苯系统的结合是非常弱的。我们表明，结合是很好地描述在变分蒙特卡罗（VMC）和扩散蒙特卡罗（DMC）的水平由Jastrow相关的单决定性双子波函数与优化的紧凑的基组，包括扩散轨道。VMC和固定节点DMC的结合能之间的协议被发现是在0.18毫公顷，这表明计算是收敛的基础。基本上相同的绑定也发现在独立的DMC计算中使用不同的审判波函数的一个更传统的斯莱特-Jastrow形式，支持我们的结论，结合能是准确的，包括所有的相关性的影响。我们比较经验模型和以前的计算，我们讨论的相互作用的物理机制，扩散基函数的作用，以及在键中的电荷重新分配。
2008-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological electronic states in holey graphyne
本文通过第一性原理计算与紧束缚建模，揭示多孔石墨炔中由C2对称性保护的高阶拓扑角态及能隙达0.52 eV的Z2拓扑螺旋边缘态，为实验观测和未来电子学应用奠定基础。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-assembly and Electronic Properties of Graphyne and Graphdiyne Molecular Wires on Metallic Surfaces
Instituto de Física, Universidade Federal de Uberlândia（联邦乌贝兰迪亚大学物理研究所）；Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro（米纳斯吉拉斯三角区联邦教育、科学与技术学院）；School of Engineering and Physical Sciences, Keele University（基尔大学工程与物理科学学院）
本文基于第一性原理密度泛函理论，研究金属表面上石墨炔与二石墨炔分子线的自组装及电子性质，发现其可形成vdW金属-半导体异质结构，为低维分子电子器件提供了潜在平台。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Core electron binding energies of adsorbates on Cu(111) from first-principles calculations
芯层X射线光电子能谱学（XPS）通常用于研究非均相铜基催化剂的表面，但是对测量光谱的解释，特别是将峰分配给吸附的物质，可能极具挑战性。在这项研究中，我们表明，第一性原理计算使用的δ自洽场（delta-SCF）方法可以用来指导实验的核心水平的光谱分析复杂的表面相关的非均相催化。具体地说，我们计算了一系列吸附物在Cu（111）上的核心能级结合能位移，并表明所得到的吸附CO，CO2，C2 H4，HCOO，CH 3 O，H2O，OH和表面氧化物在Cu（111）上的C1 s和O 1 s结合能位移与实验文献有很好的总体一致性。在少数情况下，一致性不太好，理论结果可能表明需要重新检查实验峰分配。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Many-body Study of Cobalt Adatoms Adsorbed on Graphene
最近已经进行了许多计算来研究吸附在石墨烯上的Co原子，在成键的性质上具有显著不同的结果。我们使用非相干场量子Monte Carlo（AFQMC）和尺寸修正嵌入方案精确计算了Co在石墨烯上的结合能。我们发现，随着Co原子与六重空位之间的距离h的变化，存在三种不同的基态，对应于Co原子的三种电子构型.其中两种状态提供结合，并表现出双阱特征，在h = 1.51和h = 1.65埃时具有几乎相等的0.4 eV的结合能，分别对应于低自旋$^2$ Co（3d9 4s0）和高自旋$^4$ Co（3d8 4s1）。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic bonding and binding energy of two-dimensional Bi/Li(110) heterojunctions via BOLS and BB model
结合键级长度强度（BOLS）和键结合能（BB）模型以及密度泛函理论（DFT）计算，研究了Bi原子在Li（110）表面的成键和结合能行为.我们发现Bi原子吸附在Li（110）表面上形成二维几何结构，包括字母形、六边形、星系形、冠形、场形和蛛网形结构。（ii）Bi原子形成的场形结构的5d能级为22.727 eV，而在字母形结构中，该能级移动到大于0.342 eV的值;以及（iii）Bi/Li（110）异质结将电荷从内部Li原子层转移到最外部Bi原子层。此外，我们还利用区带选择电子能谱技术分析了Bi/Li（110）异质结形成过程中的成键和电子动力学。这一工作为二维金属材料界面结合能和化学键的微调提供了理论参考。
2021-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Excitation spectrum of hydrogen adsorbed to carbon nanotubes
利用非弹性中子散射研究了氢原子在单壁碳纳米管上的微观吸附动力学。有证据表明，化学处理后的材料比制备后的材料具有更高的储存能力。这表明管内部存在额外的吸附层。在低能量的H2光谱中明显的激发证实了这一结论。氢气的解吸作为温度的函数被实时监测。氢存储在低于150 K时是高度稳定的，这与氢谱的谐波演化一致，这表明具有很强的结合势。高于200 K的氢气可以通过简单的加热以受控的方式释放。在释放过程中，激发光谱发生显著变化。氢的残余物可持续到400 K。
2003-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of hydrogen molecules on bare and functionalized carbon nanotubes
采用第一性原理平面波方法研究了氢分子与裸单壁碳纳米管以及功能化单壁碳纳米管之间的相互作用。我们发现，H $_{2}$物理吸附在裸单壁碳纳米管上的结合能是非常弱的，并不能通过增加表面的曲率通过径向变形，也不能通过Li原子的共吸附，使半导体管金属化。虽然在直接吸附到Li原子上时键合得到加强，但其性质仍然是物理吸附。然而，当单壁碳纳米管通过吸附Pt原子而功能化时，成键特性发生了显著变化。单H $_{2}$以解离或分子形式与Pt原子发生化学吸附。如果通过将Pt从桥位置换到特定位置或通过增加吸附的H $_{2}$的数量来削弱Pt-SWNT键，则有利于H $_{2}$的解离吸附。例如，在两个吸附的H $_{2}$中，第一个可以解离吸附，第二个可以化学吸附。第三种吸附态H $_{2}$的成键性质为弱物理吸附。钯还促进具有相对较小结合能的H $_{2}$的化学吸附。本研究结果揭示了过渡金属原子吸附在单壁碳纳米管上的重要作用，并推进了我们对氢的分子吸附和解离吸附的理解，以实现有效的储氢。
2005-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Scanning tunneling microscopy simulations of poly(3-dodecylthiophene) chains adsorbed on highly oriented pyrolytic graphite
我们报告了一个新的计划，执行有效的模拟扫描隧道显微镜（STM）的分子弱键合到表面。计算是基于紧束缚（TB）技术，包括分子的自洽性，以预测STM成像和光谱。为了减轻缺乏自我一致性的隧道电流计算，我们进行了第一性原理密度泛函计算，以提取系统的几何和电子性质。通过这种方式，我们可以在TB方案中包括吸附时结构弛豫对分子电子结构的影响。这种方法适用于研究区域规则的聚（3-十二烷基噻吩）（P3 DDT）聚合物链吸附在高取向热解石墨（HOPG）。讨论了光谱计算结果，并与最近获得的实验数据进行了比较。
2006-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Benzene Adsorbed on Metals: Concerted Effect of Covalency and van der Waals Bonding
芳香族分子在金属表面的吸附在凝聚态物理和功能材料中起着关键作用。根据分子和表面之间相互作用的强度，结合通常分为物理吸附或化学吸附。范德华力（vdW）相互作用的物理吸附系统中的结合显着的贡献，但在化学吸附系统中的vdW能量的作用仍然不清楚。在这里，我们研究了苯与过渡金属（111）表面的相互作用，从弱吸附（Ag和Au）到强吸附（Pt，Pd，Ir和Rh）。当vdW相互作用被准确地占，吸附的障碍预测标准密度泛函理论（DFT）计算基本上消失，产生亚稳态的前体状态的Pt和Ir表面。值得注意的是，vdW力的贡献更多的共价键合的苯的结合比他们做的苯被物理吸附。实验数据的比较表明，最近开发的一些方法，包括VDW相互作用的DFT允许定量处理弱和强吸附的芳香族分子在金属表面上，扩展已经发现的气相分子的优异性能。
2012-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Magnetic Properties of Transition-Metal Adsorbed ot-Phosphorus Monolayer: A First-principles and Monte Carlo Study
本文利用第一性原理和蒙特卡罗方法，系统地研究了具有3d过渡金属（TM）原子的单层八边形-四面体磷的磁性。与六角形的黑磷分子单分子膜（磷烯或$α$ -P）不同，二维磷分子的八边形-四边形相（本文称之为α-P或$ε$ -P）具有八边形-四边形结构。我们的计算表明，所有的TM，除了封闭壳层的Zn原子，能够强烈地结合到单层$ot$ -P具有显着的结合能。Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe和Co吸附原子上的局部磁矩（高达6 $μ$ B）来源于TM 3d轨道的交换和晶场分裂。吸附原子局域磁态之间的磁耦合依赖于吸附原子的距离和方向。最后，研究了均匀磁序在筛选高居里温度二维稀磁材料中的应用。发现V原子均匀吸附在八角形中心且浓度为5%的α-P具有最稳定的铁磁基态。用蒙特卡罗方法估计其居里温度为173 K。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and electronic fluctuations of flexible adsorbed molecules: Azobenzene on Ag(111)
我们以Ag（111）表面上的分子开关偶氮苯C $_{12}$ H $_{10}$ N $_{2}$为例，研究了影响柔性吸附物在表面上有限温度吸附性质的热和电子集体涨落.使用第一性原理分子动力学模拟，我们得到的吸附自由能，准确地占熵的贡献，而列入多体分散相互作用占电子相关性，管理吸附结合。我们发现吸附质的性质是强烈的熵驱动，可以判断的动力学分子解吸前因子10 $^{24}$ s $^{-1}$，大大超过以前报道的估计。我们将这种效应与结构和电子观测量的相当大的波动联系起来。我们的计算程序升温脱附测量的比较表明，有限温度效应发挥主导作用的柔性分子与极化表面接触，最近开发的第一性原理方法提供了一个最佳的工具，以揭示新的集体行为在这样的复杂系统。
2016-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental properties of transition-metals-adsorbed graphene
采用第一性原理方法研究了过渡金属（T）掺杂石墨烯体系的显示性质。详细计算了吸附原子的键长、位置和高度、结合能、原子主导的能带结构、吸附原子诱导的自由载流子密度和能隙、自旋密度分布、空间电荷分布以及原子、轨道和自旋投影态密度。根据总磁矩、自旋分裂能带、自旋密度分布和自旋分解态密度，可以清楚地识别出磁位形。此外，通过对上述物理量的分析，可以准确地推断出T-C、T-T和C-C键中的单轨道或多轨道杂化。它们负责最佳的几何结构，不寻常的电子性质，以及不同的磁性。除了低浓度Ni掺杂的半导体系统外，所有的掺杂系统都是金属。相反，铁磁性表现在各种Fe/Co浓度，但只有在高Ni浓度。我们的理论预测与现有的实验数据进行了比较，并讨论了潜在的应用。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Energetic Positions of Electronic States and the Exciton Dynamics in a pi-Expanded N-Heterotriangulene Derivative Adsorbed on Au(111)
本研究通过双光子光电子能谱定量确定了吸附于Au(111)上的N-杂三聚茚衍生物的能级位置，测得输运带隙3.20 eV、光学带隙2.58 eV及激子结合能0.62 eV，并首次揭示了其飞秒至皮秒尺度的激子动力学。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
STM Simulation of Molecules on Ultrathin Insulating Overlayers Using Tight-Binding: Au-Pentacene on NaCl bilayer on Cu
提出了一种快速有效的紧束缚（TB）方法，用于模拟吸附物分子在绝缘薄膜上的扫描隧道显微镜（STM）成像。由于绝缘覆盖层的存在所引起的分子从金属表面的电子去耦，前沿分子轨道的STM图像可以使用非常有效的方案来模拟，这也使得能够分析STM电流中的相移。Au-并五苯络合物吸附在Cu衬底上的NaCl双层膜上提供了一个复杂的模型系统，该模型系统先前已经在实验和理论上进行了研究。我们的计算表明，分子轨道的复杂形状可能会导致多值恒流面-导致STM图像的模糊性。使用TB方法得到的结果被发现是一致的DFT计算和实验数据。
2008-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of the fragmentation of silicon doped fullerenes
采用非正交基组的紧束缚分子动力学模拟方法研究了碳富勒烯中硅原子的掺杂对碳富勒烯裂解的影响。替代和吸附的情况下被认为是。在每种情况下，从平衡构型开始模拟碎裂过程，并对原子施加高的初始温度。动能迅速转化为势能，因此系统振荡了几皮秒，最终解体。取代富勒烯最可能的第一个事件是C2分子的喷射，另一个非常常见的事件是一个Si原子进入吸附位置。吸附的硅团簇倾向于解吸作为一个整体时，他们有四个或更多的原子，而较小的倾向于解离，有时交换位置与C原子。这些结果进行了比较与实验信息从质量丰度谱和产品的光致碎裂。
2002-06-07 cond-mat.mtrl-sci
First principles studies of a Xe atom adsorbed on Nb(110) surface
用密度泛函理论研究了单个吸附原子在Nb（110）表面的吸附位置：顶位是最有利于吸附的位置。我们将本研究的结合特征与先前的面心立方金属的密排（111）表面上的吸附原子的研究进行了比较。不同的功能归因于通过微观图片的不足一半的填充的d-状态在Nb。
2012-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Comparative Density Functional Theory and Density Functional Tight Binding Study of Arginine and Arginine-Rich Cell-Penetrating Peptide TAT Adsorption on Anatase TiO2
采用密度泛函理论和密度泛函紧束缚理论（DFTB）对精氨酸（Arg）、精氨酸在TiO 2表面的吸附构型、富含精氨酸的细胞穿透肽TAT及其在TiO 2表面的吸附进行了比较研究.两个DFTB参数化被认为是，mig-0-1/mio-1-1和matsci-0-3。虽然有很好的协议之间的DFT和DFTB的精氨酸和肽构象的结构和相对能量，吸附几何形状和能量是明显不同的精氨酸吸附在二氧化钛。mio-0-1/mio-1-1参数化的性能优于matsci-0-3。我们将这种差异与两种方法（DFT和DFTB）产生的电子结构的差异，特别是分子和氧化物之间的能带排列有关。我们表明，TAT和二氧化钛与DFTB建模的频带对齐是定性正确的，但与DFT使用PBE功能不是。这是特定于大分子的建模，其中HOMO接近氧化物的导带。因此，我们报告的情况下，近似DFT为基础的方法- DFTB（与正确的能带结构，可以有效地获得）-执行更好的DFT本身的功能近似可行的大型生物-无机界面，即GGA（相对于混合泛函，这是不切实际的，在这样的规模）的建模。我们的研究结果突出了实用的DFTB方法的生物无机界面的建模，不仅从CPU成本的角度来看，但也从精度的角度来看。
2016-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Lithium and sodium storage on tetracyanoethylene (TCNE) and TCNE-(doped)-graphene complexes: a computational study
采用密度泛函理论研究了Li和Na与四氰基乙烯（TCNE）分子的吸附以及TCNE在掺杂石墨烯上的吸附.虽然TCNE仅弱吸附在理想石墨烯上，但我们确定了TCNE通过分子C原子和表面氧原子化学吸附在Al掺杂石墨烯上的构型。高达四（五）个Li和Na原子可以存储在两个自由（吸附）TCNE上，结合能强于Li和Na金属的结合能。当每个分子存储多达三个原子时，应该可以避免常见电池电解质的还原。因此，固定在导电石墨烯基基底上的TCNE可以成为有机锂和钠离子电池的有效阳极材料。重要的是，Li和Na存储之间的比容量（每单位质量的材料，不包括Li/Na）和电压都没有显著差异，这使得这种方法通常非常有希望用于后Li存储。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory and DFT+U study of transition metal porphines adsorbed on Au(111) surfaces and effects of applied electric fields
本文应用密度泛函理论和密度泛函理论（DFT+U）方法研究了过渡金属卟啉分子在Au（111）表面的吸附。采用Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换相关泛函的DFT计算正确地预测了钯卟啉（PdP）低自旋基态。PdP被发现优先吸附在金在一个平面的几何形状，而不是在一个沿边的几何形状，在定性协议与实验取代卟啉。它与Au（111）没有共价键合，结合能只有eV的一小部分。DFT+U技术，参数化B3 LYP预测的Mn d-电子的自旋态有序，被发现是至关重要的再现正确的磁矩和几何形状的孤立锰卟啉（MnP）分子。Mn（II）P在Au（111）上的吸附显著改变了Mn离子的自旋状态。它与金基质的相互作用比PdP更强，更具位点特异性。通过施加电势，可以部分地逆转结合，这导致吸附的MnP的电子和磁性的显著变化，以及约0.1埃，卟啉大环内的Mn-氮距离的变化。我们推测，这种DFT+U的方法可能是一个有用的一般方法建模的第一行过渡金属离子络合物在凝聚态设置。
2006-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The role of the van der Waals interactions in the adsorption of anthracene and pentacene on the Ag(111) surface
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了van der Waals（vdW）相互作用对蒽和并五苯在Ag（111）表面吸附的结构和电子性质的影响.我们发现，包括vdW校正强烈影响蒽/Ag（111）和并五苯/Ag（111）的结合，产生的吸附高度和能量更符合实验结果比标准的DFT计算与广义梯度近似（GGA）。对于蒽/Ag（111），vdW相互作用的影响甚至更引人注目：我们发现，与平坦吸附的实验观察相比，纯DFT-GGA计算（不包括vdW校正）导致倾斜构型的偏好;另一方面，包括vdW校正改变了蒽/Ag（111）的结合几何形状，有利于平坦构型。使用自洽的vdW方案获得的电子结构被发现是几乎无法区分的，从传统的DFT电子结构，一旦正确的vdW的几何形状被用于这些物理吸附系统。此外，我们表明，一个vdW校正方案的基础上的混合功能DFT计算（HSE）的结果在一个改进的描述的最高占据的分子水平的吸附分子。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
First-principles modeling of oxygen interaction with SrTiO3(001) surface: Comparative density-functional LCAO and plane-wave study
采用基于密度泛函理论的大规模第一性原理计算，采用两种不同的基组方法（原子轨道和平面波基组），研究了原子氧和分子氧在无缺陷SrTiO 3（001）表面（SrO和TiO 2封端）上的能量、几何结构、电荷重新分布和迁移.这两种方法预测大量的原子O吸附在氧表面离子和相邻的金属离子之间的桥位置的结合能。强化学吸附是由表面分子过氧化物离子的形成引起的。相比之下，中性分子的吸附能要小得多，约为0.25 eV。即使在0 K下，解离分子吸附在能量上也是不利的.吸附的O原子沿（001）方向迁移，其迁移活化能约为1eV，远大于表面氧空位的迁移活化能（0.14eV）。因此，表面O空位控制遇到吸附的O原子和氧渗透到表面，这是ABO3型钙钛矿的许多应用的限制步骤，包括电阻式氧传感器、渗透陶瓷膜和燃料电池技术。
2010-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Site-dependent magnetism of Ni adatoms on MgO/Ag(001)
我们研究了一个单一的Ni原子上的单层MgO上的Ag基板使用DFT和DFT+U计算方法的吸附。我们发现，电子和磁性的变化很大，在整个表面的三个结合位点。两个结合位点在能量上是竞争性的，并且优选的位点取决于在位点库仑相互作用U的强度。这些结果可以从表面吸附的过渡金属原子的成键和磁性之间的竞争来理解。比较最近的实验和理论研究的Co MgO/Ag，和Ni系统的扫描隧道显微镜实验的影响进行了讨论。
2015-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Adsorption on Metal Surfaces with a van der Waals Density Functional
采用密度泛函理论（DFT）研究了1，4-苯二胺（BDA）在Au（111）表面和偶氮苯在Ag（111）表面的吸附.对于Au（111）上的BDA，伦敦色散相互作用的引入不仅显著增强了分子-底物结合，导致与实验结果一致的吸附能，而且显著改变了BDA结合的几何构型。对于偶氮苯在Ag（111）上的吸附，vdW-DF的吸附能优于其他色散校正的DFT方法。这些结果提供了证据的适用性的vdW-DF方法，并作为一个实际的基准调查吸附在贵金属表面上的分子。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Structure and electronic structure of Metal-Organic Frameworks within the Density-Functional based Tight-Binding method
基于密度泛函的紧束缚是描述大分子和材料的有力方法。金属-有机框架（M0 F），具有令人感兴趣的催化性能和非常大的表面积的材料已经被开发并且已经商业化。MOF的晶胞通常包括数百个原子，这使得标准密度泛函方法的应用在计算上非常昂贵，有时甚至是不可行的。本文的目的是准备和验证基于自洽电荷密度泛函的紧结合（SCC-DFTB）方法的含铜，锌和铝金属中心的MOFs。该方法已被验证对全混合模型集群的密度泛函计算，对梯度校正的密度泛函计算的超细胞，并对实验。此外，还根据它们的电子性质讨论了MOF化学的模块化概念。我们专注于包括三种常见连接器单元的MOF：铜桨轮（HKUST-1）、氧化锌Zn 4 O四面体（MOF-5、MOF-177、DUT-6（MOF-205））和氧化铝AlO 4（OH）2八面体（MIL-53）。我们发现，SCC-DFTB预测结构参数具有很好的准确性（小于5%的偏差，即使是吸附的CO和H2O HKUST-1），而吸附能相差12千焦mol-1或更少的CO和水相比，DFT基准计算。
2011-09-24 cond-mat.mtrl-sci
The Structure of Ultrathin Ag Films on Pd(111)
我们对Pd（111）表面上的Ag薄膜进行了从头算密度泛函计算。计算了Ag/Pd体系的结构性质和电子能带。在Pd（111）表面的二维布里渊区中心附近的电子态密度中存在带隙，这使得在吸附的银膜中形成局域态成为可能。我们发现，量子阱态可以形成在结合能约4 eV。
2004-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical and experimental analysis of H2 binding in a prototype metal organic framework material
采用实验和理论相结合的方法研究了金属有机骨架（MOF）结构Zn 2（BDC）2（TED）对氢的吸附。通过使用非经验范德华密度泛函（vdW-DF）方法，发现最深的H2结合位置的轨迹位于两种类型的窄通道。最稳定的结合位点的能量，以及这样的结合位点的数量，是一致的从实验吸附等温线和吸附热数据获得的值。当吸附在MOF中时，H-H伸缩频率的偏移的计算在两个通道中的每一个中的最强结合点处给出约-30 cm-1的值。室温红外吸收光谱测量给出了中心在4120 cm-1的氢峰，这意味着与理论计算一致的位移。
2008-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Understanding adsorption of hydrogen atoms on graphene
采用基于平面波的周期性密度泛函理论，通过第一性原理电子结构方法研究了氢原子在单层石墨（石墨烯）上的吸附.一个相当大的5 × 5表面晶胞已被用来研究单和多个吸附的H原子。结合能和势垒连续粘贴已计算出一些配置涉及吸附在碳原子上。我们发现，每个原子的结合能范围从~0.8 eV到~1.9 eV，与障碍坚持在0.0-0.2 eV的范围内。此外，根据吸附的氢原子的数量和位置，我们发现，磁结构可能会形成自旋密度定位在一个$\sqrt{3}{x}\sqrt{3}{R}30^{\circ}$子晶格，并为顺序吸附的结合（势垒）能增加（减少）与网站集成磁化线性。这些结果可以合理化的平面$π$共轭系统的价键共振理论的帮助下，并建议，由于无势垒吸附的优先粘附是有限的氢对的形成。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Poly(acrylic acid)-coated iron oxide nanoparticles : quantitative evaluation of the coating properties and applications for the removal of a pollutant dye
在这项工作中，6至12 nm的氧化铁纳米粒子的合成和包覆的聚（丙烯酸）链的分子量为2100 g/mol。基于对分散体的定量评价，对裸颗粒和涂覆颗粒进行了彻底表征。吸附在颗粒表面的聚合物和可充电基团的数密度分别为1.9 +/- 0.3 nm-2和26 +/- 4 nm-2。通过多位点结合机制，静电耦合导致链的牢固和弹性锚定。为了评估颗粒对污染物修复的功效，测定了污染物模型亚甲蓝分子的吸附等温线。吸附染料的预测量和测量量之间的良好协议表明，大多数羧酸盐参与络合和吸附机制。吸附量为830 mg/g。该数量与该染料可用的最高值相当。
2012-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Density Functional Theory Study of Light Metal (Li/Na/Ca) Functionalized Borophosphene for Reversible Hydrogen Storage
该研究利用密度泛函理论，探讨了Li、Na、Ca修饰硼磷烯的储氢性能，发现修饰显著提升结合能与质量密度，且吸附原子能量势垒较高，具备良好的可逆储氢潜力。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Calcium-Decorated Graphene-Based Nanostructures for Hydrogen Storage
我们报告了由钙原子和石墨烯基纳米结构组成的储氢介质的第一性原理研究。我们发现，钙原子更喜欢被单独吸附在锯齿形边缘的石墨烯的Ca-Ca距离为10没有集群的Ca原子，和多达6个H2分子可以结合到一个Ca原子的结合能为~0.2 eV/H2。Ca修饰的锯齿形石墨烯纳米颗粒（ZGNR）可以达到约5wt%氢的重量容量。我们还考虑了各种边缘几何形状的石墨烯钙分散。
2010-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of atoms and molecules on s-triazine sheet with embedded manganese atom: First-principles calculations
采用密度泛函理论研究了Mn嵌入均三嗪片（C6 N6）（Mn-C6 N6）在外界环境影响下的力学、结构、电学和磁学性质.结果表明，Mn-C6 N6体系具有结构和力学稳定性。在对称形变和垂直电场的作用下，Mn嵌入C6 N6片层的结合能分别受到调制。纯C6 N6片层的半导体性能保持在嵌入的Mn原子在多孔网站。研究还发现，双轴拉伸应变的小增量提高了带隙（从0应变时的0.630 eV到5%应变时的0.802 eV），同时保留了嵌入Mn原子的磁矩。在电场强度为10 V/nm时，Mn-C6 N6体系的电、磁性能均保持不变。我们还研究了Mn-C6 N6分子的几何构型、电子和磁性。Mn-C_6 N_6体系中吸附O原子和O_2分子后，表现出半金属性质，而其余体系保持半导体性质。发现在大多数系统中每晶胞的总磁矩与Mn-C6 N6片相比降低。磁矩的降低可能与Mn原子与周围原子之间的强相互作用有关，这导致形成低自旋构型。总体而言，我们的研究结果表明，Mn-C6 N6系统与不吸附的原子和分子可以作为未来的自旋电子学和催化应用的潜在候选人。
2017-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Dopants adsorbed as single atoms prevent degradation of catalysts
设计具有所需化学和热性能的催化剂被认为是科学家和工程师面临的巨大挑战。对于在高温下的操作，抗结构转变的稳定性是关键要求。虽然掺杂已被发现阻碍降解，但缺乏对相关机制的原子理解阻碍了优化。例如，多孔γ-Al 2 O3，一种广泛使用的催化剂和催化载体，在约1,100 ℃下转变为无孔α-Al 2 O3。掺杂镧使相变温度提高到~1，250 ℃，但尚不可能确定镧原子是否进入本体，作为单个原子或簇吸附在表面上，或形成表面化合物。在这里，我们使用直接成像的像差校正Z-衬度扫描透射电子显微镜加上扩展的X射线吸收精细结构和第一性原理计算证明，与预期相反，稳定是通过孤立的La原子吸附在表面上实现的。La原子的强结合和相互排斥有效地钉扎表面并抑制烧结和向α-Al 2 O 3的转化。这些结果为选择掺杂剂以防止催化剂和其他多孔材料的热降解提供了初步指导。
2004-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
Symmetry-induced gap opening in graphene superlattices
我们研究了石墨烯中缺陷的nxn蜂窝超晶格。所考虑的缺陷是缺失的p_z轨道，可以通过在给定位置引入C原子空位或化学结合简单原子物种来实现。利用对称性论证，我们证明了当n= 3 m +1，3 m +2（m的整数）时如何可能打开一个能隙，并估计其值与缺陷浓度x=1/n^2的平方根近似相关。紧束缚计算证实了这些发现，并表明诱导能隙可以相当大，例如，x~10^{-3}时约为100 meV。对吸附在石墨烯上的H原子所形成的超晶格进行了修正的密度泛函理论计算，结果与紧束缚的结果吻合得很好，从而表明所提出的结构可以在实践中用于打开石墨烯中的间隙。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Titanium-capped carbon chains as promising new hydrogen storage media
采用第一性原理密度泛函理论研究了钛帽sp碳原子链作为储氢介质的容量。Ti原子通过d-p杂化牢固地连接在碳链的一端，形成稳定的TiCn复合物。我们证明了通过Kubas相互作用在Ti上吸附H2的数量取决于链类型。对于聚炔（n偶）或累积多烯（n奇）结构，每个Ti原子可以分别容纳多达五个或六个H2分子。此外，有效地终止于C20富勒烯上的TiC 5链可以以0.52 eV/H2的最佳结合储存氢。我们的研究结果揭示了一种可能的方法来探索高容量的贮氢材料在真正的一维碳结构。
2010-11-16 cond-mat.mtrl-sci
The Structural and Electronic Properties of Pristine and Doped Polythiophene: Periodic Versus Molecular Calculations
基于密度泛函理论计算，研究了聚噻吩的周期结构和低聚结构的电子性质。特别是，锂或Cl吸附到单层和锂或Cl-嵌入到散装或双层聚噻吩的影响，使用周期性计算解决。锂或氯吸附块或双层聚噻吩的结合能显着大于单层。结合能作为吸附剂的函数的趋势对于周期和分子的情况保持相同。分析了带隙或HOMO-LUMO带隙和电荷转移。此外，对于本体或双层，已经考虑了不同种类的堆叠。据发现，与将第二层翻转180 $^\circ$相比，平行体或双层结构在能量上是有利的。对于周期性和低聚物形式都考虑了这一点。此外，对于Li吸附，极化子比双极化子更稳定，而对于Cl吸附，情况相反。本研究的详细分析将有助于理解的结构特性和电子态的调谐，这是一个重要的步骤，构建聚噻吩基电子器件。
2015-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of spin ordering in Fe$_{3}$O$_{4}$ nanoparticles by surface coating with organic acids
饱和磁化强度值接近散装已被报道为涂有有机酸的磁铁矿纳米粒子。这种效应的机制尚不清楚。在这里，我们表明，以前提出的合理化在纳米快报12（2021）2499-2503是基于电子结构的性质，是不符合现有的几个密度泛函理论的研究。我们的研究是基于一个广泛的Hubbard校正的密度泛函紧束缚（DTFB+U）和混合密度泛函理论（HSE 06）计算的Fe $_{3}$ O $_{4}$纳米立方体超过400个原子。通过对自旋翻转现象的研究，我们对包覆纳米粒子的自旋有序性提供了一种新的解释。特别是，我们表明，自旋翻转的d电子在八面体Fe $^{3+}$网站，这被证实是更有利的表面附近，特别是在原子重组可以发生，如在角落网站，可以被吸附的有机酸的存在所阻碍，因为它们不仅限制了表面重构，而且还允许八面体Fe位点之间的额外的铁磁超交换相互作用，这是羧酸盐桥接结合模式的结果。该机制的概念验证由Fe（III）叔丁醇二聚体的简化模型给出。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Methane and carbon dioxide adsorption on edge-functionalized graphene: A comparative DFT study
为了优化晶体和无序纳米多孔碳基材料中的气体储存和分离，我们使用从头算密度泛函理论计算来探索化学官能化对模型碳纳米结构内暴露边缘的气体结合的影响。我们测试的几何形状，能量，和电荷分布的平面内和平面外的结合CO2和CH 4的模型锯齿形石墨烯纳米带边缘官能化与COOH，OH，NH 2，H2 PO 3，NO2，和CH 3。虽然不同的选择的交换相关功能导致的结合能的值的传播，跨官能团的趋势在很大程度上保留了每个选择，作为吸附的气体分子的最终取向。我们发现CO2的结合超过CH 4的结合大约是2倍。然而，这两种气体遵循非常相似的趋势，在连接的官能团的变化，尽管不同的分子对称性。我们的研究结果表明，NH 2，H2 PO 3，NO2和COOH官能团的存在下，可以显着增强气体结合相对于氢钝化的边缘，使边缘潜在的可行的结合位点的材料中具有高浓度的边缘碳。一阶，面内结合强度与这些基团上较大的永久和诱导偶极矩相关。剪裁碳结构增加气体吸收和改善CO2/CH 4选择性的影响进行了讨论。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Enhanced Hydrogen Storage on BN Sheet
使用密度泛函理论，我们表明，施加的电场通过极化氢分子以及基板，大大提高了BN片的储氢性能。在0.05 a. u.的电场存在下单个H2分子的吸附能。是0.48 eV，而在其不存在时为0.07 eV。当吸附一层H2分子时，每个H2分子的结合能从无场情况下的0.03 eV增加到存在0.045 a. u的电场时的0.14 eV/H2。7.5wt%的相应重量密度与DOE为2010年设定的6wt%系统目标一致。一旦去除所施加的电场，存储的H2分子可以容易地释放，从而使存储可逆。
2009-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Enantioselectivity of (321) chiral noble metal surfaces: A Density Functional Theory study of lactate adsorption
用密度泛函理论研究了手性分子乳酸在本征手性贵金属Pt（321）、Au（321）和Ag（321）表面的吸附.我们使用oPBE-vdW功能，其中包括范德华力的从头算水平。结果表明，该分子通过其羧基和羟基氧原子与表面结合。Pt（321）和Ag（321）上的结合能比Au（321）上的结合能大。不同的分子官能团的结合能的贡献的分析表明，去质子化的羧基基团贡献最大的结合能，与羟基基团的贡献小得多。Pt（321）表面显示出0.06 eV的相当大的对映选择性。在Au（321）和Ag（321）上，它即使不是消失，也要小得多。Pt（321）表面的手性选择性可以由两个因素解释。首先，它来自于L-和D-乳酸盐对表面的范德华吸引力的差异，我们追踪到甲基的结合能的差异。第二，乳酸盐在Pt（321）表面上的多点结合模式在空间上对表面手性更敏感，并且还导致羟基的大结合能贡献。我们还计算了电荷转移到分子和功函数，以衡量吸附分子的电子结构的变化。Pt（321）上的功函数降低了0.8 eV，而Au（321）和Ag（321）上的功函数变化小得多。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalized MXenes as Effective Polyselenides Immobilizer for Lithium-Selenium Batteries: A Density Functional Theory (DFT) Study
锂硒（Li-Se）电池的实际应用主要由于高阶多硒化物（Li 2Sen）溶解和迁移到电解质中（称为穿梭效应）以及低阶多硒化物的非活性沉积而受到阻碍。MXene的高电导率和机械强度使其成为提供足够锚定以防止多硒化物溶解和改善电化学性能的合适候选物。在此，我们使用密度泛函理论（DFT）计算来理解Li 2Sen在石墨烯和表面官能化的Ti 3C 2 MXene上的结合机制。我们使用石墨烯作为参考材料来评估Li 2Sen在官能化Ti 3C 2X2（其中X = S、O、F和Cl）上的结合强度。我们观察到，与石墨烯、Ti 3C 2F 2和Ti 3C 2Cl 2相比，Ti 3C 2S 2和Ti 3C 2 O2表现出优异的锚定行为。计算的由S和O封端的Ti 3C 2提供的Li 2Sen吸附强度比常用的基于醚的电解质强，这是有效抑制Li 2Sen穿梭的必要条件。吸附在Ti 3C 2X2和石墨烯上的Li 2Sen保持其结构完整性而没有化学分解。态密度（DOS）分析表明，即使在Li 2Sen吸附之后，Ti 3C 2X2的导电行为也被保留，这可以刺激所涉及的Li 2Sen化学的电化学活性。基于我们前所未有的结果，发现Ti 3C 2S 2和Ti 3C 2 O2对Li 2Sen吸附表现出优异的锚定行为，这可以用于设计有效的硒基阴极材料以提高Li-Se电池系统的电化学性能
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Scaling of Coulomb Defects in Carbon Nanotubes from Modified Hückel Calculations
本研究通过修正Hückel计算，揭示碳纳米管中库仑缺陷态的标度规律，为半导体单壁碳纳米管掺杂机制提供新见解。
2023-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption properties of a nitrogen atom on the anionic golden fullerene Au$_{16}^{-}$
利用密度泛函理论，我们研究了氮掺杂的阴离子金笼（NAu $_{16}^-$）。对于比内面掺杂更稳定的外面吸附，桥和中空位点具有比顶部位点大约1 eV的结合能。当N原子吸附在笼上时，电子从Au $_{16}^-$转移到N原子。外吸附和内吸附之间的过渡可以通过桥位热发生。在红外主动振动光谱中，外表面掺杂比内表面掺杂在较高频率处引起更大的强度。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalization of BN Honeycomb structure by Adsorption and Substitution of Foreign atoms
采用密度泛函理论中的第一性原理计算，研究了吸附原子功能化以及用杂质原子取代硼和氮原子功能化的氮化硼（BN）蜂窝结构的结构、电学和磁学性质.对于周期性高密度覆盖，大多数$3d$过渡金属原子和一些3A、4A和6A族元素以显著的结合能被吸附，并改变裸BN单层的电子结构。而裸BN单分子膜是一种带隙宽的半导体材料，在特定吸附原子的高覆盖率下，可以实现磁性金属态，甚至半金属态基态。在低覆盖度下，与吸附原子相关的能带是平坦的，并且母体BN的能带结构不受显著影响。因此，吸附原子和替代的外来原子在低覆盖率被认为是代表杂质原子产生局域态的带隙和共振态的带连续。值得注意的是，用C取代B和N在带隙中产生了类似施主和受主的磁性状态。局域杂质态发生在间隙中引起有趣的性能的电子和光学应用的单层BN蜂窝结构。
2010-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Benchmarking theoretical electronic structure methods with photoemission orbital tomography
在过去的十年中，光电子发射轨道层析成像（POT）已经发展成为一个强大的工具，研究吸附在（金属）表面的有机分子的电子结构。通过测量光电子的角分布作为结合能的函数，并利用分子轨道的动量空间特征，POT导致在有机/金属界面的电子态密度的轨道分辨图像。在这一结合实验和理论的工作中，我们应用POT的原型有机$π$共轭分子双蒽（C $_{28}$ H $_{14}$），形成一个高度取向的单层铜（110）表面。在实验上，我们确定了前所未有的13个$π$和12个$σ$轨道的双蒽，并测量了它们各自的结合能和光谱线型在双蒽/Cu（110）界面。从理论上讲，我们执行密度泛函计算这个接口采用四个广泛使用的交换相关泛函的广义梯度近似的家庭，以及全球和范围分离的混合泛函。通过分析轨道投影态密度的电子结构，我们得到了详细的理论与实验的轨道评估。这使我们能够基准性能的调查功能方面的能力占轨道能量排列在有机/金属界面。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unveiling the magnetic behavior of C$_{\rm3}$N$_{\rm4}$ 2D material by defect creation, defect passivation, and transition metal adsorption
University of Ostrava（俄斯特拉发大学）
研究通过DFTB和GFN1-xTB方法，探讨了二维graphitic碳氮（gt-C₃N₄）材料中空位缺陷、氢氧钝化缺陷及铁吸附的结构、电子和磁性性质，发现缺陷生成和钝化可使非磁性材料变为磁性，并揭示了过渡金属吸附对磁性的调控作用。
2025-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and energetics of hydrogen chemisorbed on a single graphene layer to produce graphane
采用第二代反应性经验键级Brenner原子间相互作用势，对氢在石墨烯上的化学吸附进行了原子模拟研究。确定了最低能量吸附位和最重要的亚稳位。H浓度从单个H原子变化到H原子簇直至完全覆盖。我们发现，当存在两个或更多个H原子时，H在单个石墨烯层上化学吸附的最稳定构型是吸附在石墨烯片的一侧或两侧上的邻位氢对。后者具有最高的氢结合能。下一个稳定的构型是邻-对位对组合，然后是对位氢对。讨论了石墨烯化学吸附氢引起的结构变化，并与现有的实验数据和其他理论计算进行了比较。所得结果将有助于氢化石墨烯的纳米工程和储氢。
2011-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tomographic identification of all molecular orbitals in a wide binding energy range
Peter Grünberg Institut (PGI-3), Forschungszentrum Jülich（彼得·格林贝格研究所（PGI-3），于利希研究中心）；Jülich Aachen Research Alliance (JARA), Fundamentals of Future Information Technology（于利希-亚琛研究联盟（JARA），未来信息技术基础）；Experimentalphysik IV A, RWTH Aachen University（亚琛工业大学实验物理四系A）；Institute of Physics, NAWI Graz, University of Graz（格拉茨大学NAWI格拉茨物理研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)（德国联邦物理技术研究院）
本研究利用POT从bisanthene/Cu(110)界面实验识别超过10 eV范围内的38个分子轨道，并以轨道分辨pDOS基准评估多种DFT泛函，发现HSE最佳且Kohn-Sham轨道可很好近似Dyson轨道。
2025-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
