Nitrile versus isonitrile adsorption at interstellar grain surfaces II. Carbonaceous aromatic surfaces
在星际和星周介质中检测到的约200种不同物种中，几乎有20%存在一个通过三键与氮连接的碳原子。在这37个分子中，30个是腈R-CN化合物，其余7个属于异腈R-NC家族。这些物种在与颗粒表面的相互作用中如何表现仍然是一个悬而未决的问题。在以前的工作中，我们已经研究了腈和异腈官能团之间的差异是否可能导致不同的性质和形态的星际颗粒的表面上的相关异构体的吸附能的差异。本研究是这项工作的后续，我们专注于碳质芳香族表面上的吸附。这个问题是通过一个协调一致的实验和理论方法的CH $_3$ CN和CH $_3$ NC在石墨表面上的吸附能（有和没有表面缺陷）。分子和表面相互作用能的实验测定是在70和160 K之间的超高真空（UHV）中使用程序升温脱附（TPD）进行的。从理论上讲，这个问题是解决使用第一原理周期性密度泛函理论（DFT）代表有组织的固体支持。发现每种化合物的吸附能对芳族碳质表面的结构缺陷非常敏感：与在完美石墨烯平面上的吸附相比，这些缺陷预期在实际表面上大量存在并且具有很大的多样性，显著地将平均吸附能增加到50%以上。然而，最稳定的异构体（CH $_3$ CN）比更高能量的异构体（CH $_3$ NC）更有效地与碳质固体载体相互作用。
2017-09-12 astro-ph.GA physics.chem-ph
Atomic and electronic structures of stable linear carbon chains on Ag-nanoparticles
在这项工作中，我们报告的X射线光电子（XPS）和价带（VB）光谱测量的无表面活性剂的银纳米粒子和银/线性碳链（Ag@LCC）结构的脉冲激光烧蚀（PLA）在水中制备。我们的测量结果表明，显着的氧化，只有在表面上的银纳米粒子与许多共价碳-银键，但只有可忽略不计的碳-氧键的痕迹。理论模型还提供了证据，证明线性碳链与纯的和部分氧化的银表面之间形成了牢固的碳-银键。理论和实验的电子结构的比较也提供了证据的存在下，非氧化的线性碳链的银表面。为了评估化学稳定性，我们研究了氧化物种（水和氧气）的物理吸附的能量学，发现这种吸附比线性碳链的吸附更优选在氧化或原始银表面上，这使得LCC氧化的初始步骤在能量上是不利的。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Selectivity- and Activity-Aware Catalyst Descriptors for CO$_2$ Hydrogenation on Alloy Nanocatalysts using Machine-Learned Force Fields
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Aalto University（阿尔托大学）
本文提出一种基于机器学习力场的改进框架，用于预测催化活性并分析选择性，通过分析不同晶面的吸附能分布，识别出高活性和甲醇选择性晶面，为高选择性CO₂氢化提供实验验证。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Curvature-dependent adsorption of water inside and outside armchair carbon nanotubes
采用增量密度拟合局域耦合团簇单激发、双激发和微扰三重态处理（DF-LCCSD（T））方法研究了扶手椅型碳纳米管（CNTs）内外水分子的物理吸附性质与曲率的关系.结果表明，（n，n）CNTs（n=4，5，6，7，8，10）内外的水分子通过电子相关作用而稳定。水在碳纳米管中的吸附能随着曲率的减小（半径的增大）而迅速减小，氧指向碳纳米管壁的构型是最稳定的构型。然而，当水分子被吸附在碳纳米管外时，吸附能仅随曲率略有变化，并且氢原子指向碳纳米管壁的构型是最稳定的构型。我们还使用DF-LCCSD（T）的结果来参数化Lennard-Jones（LJ）力场，用于水与CNT的内侧和外侧以及代表零曲率极限的石墨烯的相互作用。对于不同曲率的CNT内部和外部的水，不可能通过单组LJ参数再现所有DF-LCCSD（T）结果，而是必须使用两组。这两组结果中的每一组都能相当好地再现有效势曲线的四个极小值中的三个。这些LJ模型，然后用于计算较大的碳纳米管的水吸附能，接近石墨烯的限制，从而弥合碳纳米管的半径增加和平面石墨烯片之间的差距。
2016-01-06 physics.chem-ph
Multi-scale simulation of the adsorption of lithium ion on graphite surface: from Quantum Monte Carlo to Molecular Density Functional Theory
在碳电极表面形成的双层结构由电极和电解质物种之间的相互作用决定。然而，碳是出了名的难以精确模拟，即使是用成熟的方法，如电子密度泛函理论和分子动力学。在这里，我们专注于锂离子与石墨表面接触的重要情况下，我们进行了一系列的参考量子蒙特卡罗计算，使我们能够基准各种电子密度泛函理论泛函。然后，我们拟合一个精确的碳-锂对势，这是用于分子密度泛函理论计算，以确定在水的存在下，在表面上的离子的吸附的自由能。在溶液中的吸附曲线显着不同的气相的结果，这强调了溶剂的双重层的性能的作用。
2021-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study for the adsorption of segments of BPA-PC on alpha-Al2O3(0001)
采用vanderWaals（vdW）修正的密度泛函理论（DFT）研究了双酚A聚碳酸酯（BPA-PC）在α-Al_2 O_3（0001）表面的吸附. BPA-PC聚合物可分为亚苯基、碳酸酯和异丙叉基等化学片段。我们已经计算了由两个到三个相邻基团的聚合物的BPA-PC段的吸附能和几何形状。我们的DFT结果表明，吸附vdW相互作用占主导地位。包括最近邻基团的相互作用也是重要的，以便为聚合物吸附到表面上提供现实的环境。我们的研究结果还表明，BPA-PC分子通过位于分子链中间的碳酸酯基团连接到氧化铝表面。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Adsorption energies and decomposition barrier heights for ethylene carbonate on the surface of lithium from cluster-based quantum chemistry
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Schrödinger, Inc.（思锐公司）；Flatiron Institute（平井研究所）
研究锂(100)表面乙烯碳酸酯的吸附能和分解活化能，通过有限锂簇计算验证热力学极限方案，发现高阶理论与更低成本方法一致，证明ωB97X-V在锂金属负极电解质溶剂界面化学中表现优异。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhanced Performance of Highly Activated Carbon and Surface-Treated Porous Polymers as Physical Adsorbents for Chemical Warfare Agents
本研究探究化学战剂物理吸附剂的性能提升机制，发现微孔均匀发育比高比表面积更关键，且表面引入极性砜基的多孔有机聚合物吸附性能可媲美高性能活性炭，为新一代防护材料设计提供了新思路。
2025-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
DFT study of ionic liquids adsorption on circumcoronene shaped graphene
本研究利用密度泛函理论方法，探讨了高浓度离子液体在环绕冠烯模型碳表面的吸附作用，发现色散相互作用显著增强了碳-离子相互作用，并重点关注了在超级电容器和太阳能电池中具应用前景的卤化物阴离子的吸附。
2017-11-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Ethylene Carbonate Adsorption and Decomposition on Pristine and Defective ZnO (1010) Surface: A First-Principles Study
为了获得合适的涂层候选物，对锂离子电池阴极的涂层材料与电解质之间的反应性的基本理解是重要的。本文采用第一性原理密度泛函理论（DFT）方法研究了碳酸亚乙酯（EC）在ZnO（10-10）、O空位和Zn空位缺陷ZnO（10-10）上的吸附和分解反应.从热力学和动力学两方面研究了脱氢和EC开环反应生成CO2和C2 H4气体的可能分解途径。首先，我们发现分子EC通过其羰基氧（OC）与表面Zn之间的键合优先吸附在原始和缺陷ZnO（1010）上。其次，随后的分解反应显示EC在原始和有缺陷的ZnO上都有很大的分解趋势（10-10）。这种趋势由在原始和有缺陷的ZnO（10-10）（相对于EC气相计算）上分解EC的范围从-1.5eV到-2.5eV的大的热力学驱动力指示。然而，EC分解的大趋势受到EC分解的高活化能垒的阻碍，在Zn空位缺陷的ZnO（10-10）上的最低活化能垒为0.96 eV。因此，我们的研究结果表明，EC在ZnO（10-10）上的分解主要是由于其分解速度慢，而不是热力学因素受到阻碍。
2021-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Carbon Capture and Separation from CO2/N2/H2O Gaseous Mixtures in Bilayer Graphtriyne: A Molecular Dynamics Study
采用分子动力学模拟对石墨三炔双层膜从CO2/N2/H2O混合气体中捕集和分离CO2的过程进行了模拟。基于改进的力场公式，对燃烧后过程中混合物分离的特定系统进行了精确的从头计算，模拟了层的气体吸收能力，渗透性以及选择性。研究了压力和温度对石墨三炔层分离性能的影响。与单层石墨三炔相比，双层石墨三炔由于层间区域作为吸附位点的作用，可以以相对较好的选择性吸附更多的分子。在333 K和4 atm的压力下，CO2/N2和CO2/H2O的层间吸附选择性分别为20.23和1.85。我们还观察到，双层graphtriyne膜具有高的CO2和H2O渗透性相比，N2与渗透选择性范围从4.8至6.5。此外，我们发现，渗透和吸附取决于所施加的温度;在高温下，渗透和吸附倾向于降低所有分子。
2020-05-06 physics.chem-ph
Density Functional Study of adsorption of molecular hydrogen on graphene layers
密度泛函理论已被用于研究分子H2在石墨烯层上的吸附。考虑了碳原子顶部、碳原子与碳原子之间的键和碳原子六边形中心的不同吸附位置，并进行了比较。我们得出结论，H2的最稳定的配置是物理吸附以上的六边形的中心。然而，经典扩散的障碍非常小。
2000-02-16 physics.chem-ph
Agglomeration Drives the Reversed Fractionation of Aqueous Carbonate and Bicarbonate at the Air-water Interface
在我们研究离子吸附到空气-水界面的过程中，我们先前报道了令人惊讶的结果，即双电荷碳酸根阴离子比单电荷碳酸氢根阴离子表现出更强的表面亲和力。与通常在界面区域中显示增强的浓度的单价弱水合阴离子相反，预期多价（和强水合）阴离子显示弱得多的表面倾向。在目前的工作中，我们使用共振增强深紫外二次谐波发生光谱测量的吉布斯自由能的吸附碳酸根（$CO_3^{2-}$）和碳酸氢根$(HCO_3^-)$阴离子的空气-水界面。对比经典静电理论的预测，并支持我们以前的研究结果，从X射线光电子能谱学，我们发现，碳酸根阴离子确实表现出更强的表面亲和力比碳酸氢根阴离子。分子动力学模拟表明，强离子配对的$CO_3^{2-}$与$Na^+$抗衡阳离子在界面区域，导致形成近中性的聚结物的$Na^+$和$CO_3^{2-}$团簇，是负责这种违反直觉的行为。这些发现不仅推进了我们对离子吸附化学的基本理解，而且还将影响重要的实际过程，如海洋酸化，海洋喷雾气溶胶化学和哺乳动物呼吸生理学。
2023-01-13 physics.chem-ph
Resilience of gas-phase anharmonicity in the vibrational response of adsorbed carbon monoxide and breakdown under electrical conditions
在表面催化中，一氧化碳在过渡金属电极上的吸附代表了强化学吸附的原型。尽管吸附的CO的分子轨道的显着变化，光谱实验突出了吸附物的拉伸频率和平衡键长之间的密切相关性，为广泛的吸附几何形状和基板组合物。在这项工作中，我们研究了这种相关性的起源，通常被称为獾的规则，通过去卷积和检查的贡献，从吸附环境的分子内电位使用第一性原理计算。注意到分子内的非谐性保留CO化学吸附后，我们表明，獾的规则吸附CO可以表示单独的孤立CO的赫兹伯格光谱常数的列表。此外，虽然它已经建立了以前使用有限集群模型，獾的规则是不受电条件，我们发现，当带电表面被表示为周期性板时，Badger法则失效。从有效表面电荷的非谐贡献方面研究这种击穿揭示了传统有限簇模型在描述金属电极处的电条件时的局限性。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Time-dependent density-functional study of hydrogen adsorption and scattering on graphene surfaces
该研究利用含时密度泛函理论模拟揭示氢原子入射点与初始动能如何影响石墨烯上的吸附、散射和透射行为。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Gas Adsorption on Graphtriyne Membrane: Impact of the Induction Interaction Term on the Computational Cost
石墨烯是一类被认为是理想的二维纳米过滤器的多孔碳同素异形体。在本工作中，作者修改了改进的Lennard-Jones（ILJ）半经验势在以前的作品中使用的诱导项（iind），以定义完整的相互作用。比较ILJ与ILJ-iind并分析1种气体（CO2）和含有CO2、N2和H2O的气体的少量混合物的吸附，进行计算成本的评估。不同的计算的计算时间进行了比较，并讨论了潜在的模型可能的改进。
2021-07-19 physics.chem-ph
CO adsorption on neutral iridium clusters
用红外多光子解离光谱研究了一氧化碳在n = 3 ~ 21原子的中性铱团簇上的吸附。对于每个簇的大小，只有一个单一的v（CO）带存在的频率范围在1962 cm-1（n = 8）和1985 cm-1（n = 18），这可以归因于顶部绑定的几何形状。这种行为相比，其他第9和第10族过渡金属的簇上的CO结合的几何形状，以及在扩展的表面上。顶部绑定的Ir的偏好是合理的相对论效应后5D金属的电子结构。
2010-09-27 physics.chem-ph
Carrier doping of Bi$_2$Se$_3$ surface by chemical adsorption -- a DFT study
本研究利用DFT方法揭示了Bi$_2$Se$_3$表面化学吸附掺杂机制，发现原子氧填补Se空位能实现不改变拓扑表面能带的p型掺杂，并提出了光致水分解反应路径。
2023-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface science using coupled cluster theory via local Wannier functions and in-RPA-embedding: the case of water on graphitic carbon nitride
采用嵌入法对单个水分子在石墨氮化碳层上的吸附进行了第一性原理研究。嵌入的方法涉及到一种算法，以获得本地化的Wannier轨道的各种类型的平面波基础和内在原子轨道投影仪扩展。局域占据轨道与未占据的自然轨道相结合，进行多电子微扰理论计算的本地碎片。这些碎片由一组靠近被吸附的水分子的定域轨道组成。虽然表面模型在模拟单元中包含100多个原子，但所采用的碎片足够小，可以使用高级理论进行计算，直到耦合团簇与单，双和微扰三重粒子-空穴激发算子（CCSD（T））。为了校正丢失的长程相关能对吸附能的贡献，我们将CCSD（T）理论嵌入到直接无规相近似中，得到相对于碎片尺寸的快速收敛的吸附能。收敛计算的结合能相对于虚拟轨道基组实现采用一些最近开发的技术。此外，我们讨论了一系列近似的多电子微扰理论的碎片尺寸收敛。所获得的基准结果进行了比较，一些密度泛函计算。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Computing chemical potentials of adsorbed or confined fluids
本研究提出一种利用静态结构因子、热力学积分和自由能微扰计算吸附或受限流体绝对化学势的框架，并成功应用于MOF中二氧化碳和碳纳米管中水的吸附等温线计算。
2023-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
First-Principles Investigation of Multimodal Toxic Gas Sensing in Carbon-Tuned hBN-Graphene Alloys: Chemiresistive, Work-Function, and Optical Responses
本研究通过第一性原理计算，发现碳调控的hBN-石墨烯合金（BNGr-2和BNGr-3）对多种有毒气体具有化学电阻、功函数和光学多模式传感能力，其中BNGr-2对Cl2、CO、CO2、HCN传感性能最佳，且气体在425 K下可完全脱附。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
On the physisorption of water on graphene: Sub-chemical accuracy from many-body electronic structure methods
表面上的分子吸附在催化、腐蚀、脱盐以及与工业和自然世界相关的许多其他过程中起着核心作用。很少有吸附系统比涉及水和碳的吸附系统更普遍存在或具有更广泛的重要性，并且对于这种界面的分子水平理解，石墨烯上的水单体吸附是基本的和代表性的系统。这个系统是特别有趣的，因为它需要一个准确的电子相关效应的治疗，以及提出了一个实际的挑战，实验。在这里，我们采用多体电子结构的方法，可以严格收敛，从而为分子-表面相互作用提供忠实的参考。特别地，我们使用扩散蒙特卡罗（DMC），耦合簇（CCSD（T）），以及随机相位近似（RPA）来计算水和扩展的石墨烯表面之间的相互作用的强度。我们建立了良好的，亚化学，协议之间的互补的高层次的方法，并在最稳定的配置中的吸附能估计约-100\，meV。我们还发现，吸附能是相当不敏感的表面上的水分子的取向，尽管不同的结合图案涉及定性不同的界面电荷重组。在产生水在石墨烯上的第一个明显准确的吸附能时，这项工作也解决了先前报道的这个广泛研究的系统的值之间的差异。这也为更准确和可靠地研究碳界面处的液态水铺平了道路，这些方法使用更便宜的计算方法，例如密度泛函理论和经典势。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Insights on finite size effects in Ab-initio study of CO adsorption and dissociation on Fe 110 surface
碳氢化合物在金属表面的吸附和解离是金属渗碳的关键步骤。在这里，我们使用密度泛函理论的总能量计算与爬升图像轻推弹性带方法估计的吸附能和解离势垒不同的CO覆盖与不同大小的表面超晶胞。对于CO的吸收，范德瓦尔斯相互作用的贡献在计算吸附参数被发现在小系统具有高CO覆盖率的重要。解离过程涉及碳插入到Fe表面，导致晶格变形，需要更大的表面系统进行不受限制的弛豫。我们发现，在较大的表面系统与稀释CO覆盖，解离势垒显着降低。表面的弹性形变是通用的，并且可以潜在地适用于所有类似的金属-烃反应，因此对于作为孤立过程的这些反应的模拟，稀覆盖是必要的。
2016-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
