NO在赤铁矿(0001)表面吸附的第一性原理计算

作者：吴翠霞; 孙涛; FABRIS Stefano; 杜林

来源：中国科学院大学学报, 2022, (2): 193-200.

DOI：10.7523/j.ucas.2020.0041

• 三氧化二铁
• 一氧化氮
• 光催化
• Langmuir
• 大气污染

氮氧化物NOx(NO,NO2)是对人类健康有严重危害的大气污染物.近年来研究表明赤铁矿(α-Fe2O3)可作为高效光催化剂去除大气中NOx,但NOx气体在赤铁矿表面的吸附特性还未明确,阻碍了对其催化机理的进一步认识.基于密度泛函理论,采用包括电子强关联效应的PBE+U以及色散力修正的方法,对NO气体分子在α-Fe2O3(0001)晶面的吸附行为进行深入研究,发现基于PBE+U方法获得的吸附能(Ead=-0.64eV)比PBE获得的Ead(-1.31 eV)低近50％.这是由于电子强关联项U的引入降低了表面铁原子d轨道对价带顶的贡献,抑制了其化学活性,而NO具有一个未成对的π*轨道电子,使得其对吸附基体的电子结构格外敏感.与+U不同,色散力修正不会显著改变体系的电子结构,只是使Ead略有增加(-0.18 eV).采用统计力学的Langmuir公式计算NO在α-Fe2O3(0001)表面的热力学平衡占据数,发现基于+U的吸附能得到的平衡占据数与实验观测更为一致.这些结果揭示了电子强关联效应在α-Fe2O3表面化学中的重要作用,并为进一步研究NOx 在α-Fe2O3表面的光催化反应机理奠定了基础.

• 单位
  山东大学; 中国科学院大学