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摘要
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=-0.64 eV)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。
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