金属表面气体吸附与解离

气体原子、分子与金属表面的相互作用是多相催化、气体腐蚀以及晶体生长等领域研究的一个重要课题，近年来，伴随着材料成型与材料科学的发展，研究人员对气—固表面相互作用越来越重视。本书主要介绍金属表面气体吸附与解离的相关知识，内容全面，体系完整，全书共分为6章。第1章主要介绍了金属表面气体吸附与解离的基础知识；第2章主要介绍氧原子在Pd表面的吸附扩散；第3章主要介绍氧气分子在Pd低指数表面和台阶面上的吸附；第4章主要介绍一氧化氮在在Pd低指数表面和台阶面上的吸附；第5章主要介绍一氧化碳分子在Pd台阶面上的吸附；第6章主要介绍气态三原子分子相互作用势函数。本书有以下两大特色： （1）内容新颖，结构完整：主要介绍氧原子、氧气分子、一氧化氮、一氧化碳在金属表面的吸附与解离，并在末章介绍了气态三原子相互作用势函数； （2）理论深入，实用性强：第2~6章介绍的理论较为深入，对金属表面处理技术具有很强的指导意义，实用性强。

随着化工产业的发展，人们开始关注和研究气态原子、分子在金属表面的吸附和解离。金属表面气体吸附和解离机理在多相催化反应和胶体化学催化中起着重要作用，研究该机理对催化反应机理的认识和催化剂的设计具有重要意义。气体在金属表面吸附与解离方面的研究一直采用实验和理论研究相结合的方法，二者是相辅相成、相互促进的。理论的发展将有力推动表面科学与催化、材料科学等重大科学技术向推理化、定量化、微观化方向发展，因而理论研究备受人们重视。
本书首先介绍了金属表面气体吸附与解离的基本知识，如金属模型、吸附过程、吸附类型、吸附势能曲线、脱附和解离等。其次介绍了吸附与解离在实验和理论方面的主要研究方法。最后详细介绍了实验和理论相结合的半经验研究法，即5-MP 势理论及推广的LEPS 势理论研究方法，同时详细介绍了研究用到的基本理论和表面簇合物模型。本书选择有代表性的金属和气体原子以及双原子气态分子开展气体在金属表面吸附与解离的研究。
本书具有以下两大特色：
（1）内容全面，重点突出，理论新颖。本书在简要介绍金属表面气体吸附与解离基本知识及主要研究方法的基础上，重点介绍了5-MP 势理论及推广的LEPS 势理论方法，内容全面，重点突出。同时本书提出了氧原子的fcc 和hcp 两个吸附位为等价位，表面分子解离限和晶面解离距等新的理论，为后续研究的开展奠定了理论基础。
（2）结构清晰完整，理论体系成熟。本书从实验与理论两个方面介绍了氧原子、氧气分子、一氧化氮分子、一氧化碳分子在铅表面，一氧化碳分子、一氧化氮分子在钌表面的吸附与解离，结构清晰完整。本书内容基于作者多年的基础研究工作，已形成较成熟的研究体系，且分子在金属表面吸附与解离研究已趋于成熟，为研究原子在金属表面的吸附与解离奠定基础。
本书在写作过程中得到了青岛大学田凤惠教授、山东大学宋爱新教授的指导和帮助，山东建筑大学吴俊森、王琦、许文，任会学老师也给予了宝贵意见，在此一并表示感谢！
由于作者水平有限，书中难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。

著者

本书首先介绍了金属表面气体吸附与解离的基本知识, 如吸附的分类、吸附等温线、吸附与脱附等; 其次介绍了金属表面气体吸附与解离在实验和理论方面的主要研究方法, 如从头算、密度泛函等; 最后详细介绍了本书的研究方法——5-MP势以及推广的LEPS势。本书内容全面, 结构清晰, 重点突出, 理论新颖。
本书适用于金属与气体分子相互作用体系研究领域的科研工作者, 也可供金属催化领域及相关专业的师生和科技人员参考。

第1章　导论
1.1　研究背景 / 2
1.1.1　金属表面的吸附 / 2
1.1.2　物理吸附和化学吸附 / 5
1.1.3　吸附势能曲线 / 9
1.1.4　脱附与解离 / 11
1.2　吸附与脱附研究方法简介 / 11
1.2.1　实验研究方法 / 11
1.2.2　量子化学理论计算法 / 14
1.2.3　半经验的理论计算法 / 19
1.3　气体分子与过渡金属表面的相互作用 / 20
1.4　本书研究方法 / 21
1.4.1　5-MP计算方法 / 21
1.4.2　5-MP组装推广的LEPS 势方法 / 23
1.4.3　簇模型 / 25
1.4.4　不同金属表面类型对吸附与解离的影响 / 28

第2章　氧原子在Pd表面的吸附扩散
2.1　氧原子在Pd表面吸附的研究现状 / 32
2.2　计算过程及建模分析 / 34
2.2.1　5参数Morse势 / 34
2.2.2　建立模型 / 35
2.3　计算结果 / 37
2.4　结果讨论 / 39
2.4.1　O-Pd（100）体系 / 39
2.4.2　O-Pd（111）体系 / 39
2.4.3　O-Pd（110）体系 / 40
2.4.4　O-Pd（311）体系 / 41
2.5　小结 / 43

第3章　氧气分子在Pd低指数表面与台阶面上的吸附
3.1　氧气分子在Pd表面吸附的研究现状 / 46
3.2　计算过程及建模分析 / 47
3.2.1　5参数Morse势及推广的LEPS 势 / 47
3.2.2　簇合物模型的构造 / 48
3.3　计算结果 / 49
3.3.1　氧气分子在Pd（100）面上的吸附与解离 / 50
3.3.2　氧气分子在Pd（110）面上的吸附与解离 / 53
3.3.3　氧气分子在Pd（111）面上的吸附与解离 / 55
3.4　表面分子解离限和晶面解离距 / 56
3.5　小结 / 58

第4章　一氧化氮分子在Pd低指数表面与台阶面上的吸附
4.1　一氧化氮分子在Pd表面的吸附研究现状 / 61
4.2　5-MP组装及推广的LEPS势 / 62
4.3　构建模型 / 63
4.4　计算结果 / 64
4.5　结果分析与讨论 / 66
4.5.1　一氧化氮分子在Pd（100）面上的吸附与解离 / 66
4.5.2　一氧化氮分子在Pd（111）面上的吸附与解离 / 68
4.5.3　一氧化氮分子在Pd（110）面上的吸附与解离 / 70
4.5.4　一氧化氮分子在Pd（311）面上的吸附与解离 / 73
4.6　小结 / 75

第5章　一氧化碳分子在Pd台阶面上的吸附
5.1　一氧化碳分子在Pd表面的吸附研究现状 / 77
5.2　计算方法与模型建立简述 / 78
5.3　计算结果 / 80
5.4　计算结果分析 / 82
5.4.1　一氧化碳分子在Pd（311）面上的吸附与解离 / 82
5.4.2　一氧化碳分子在Pd（211）面上的吸附与解离 / 82
5.5　小结 / 85

第6章　一氧化碳分子在过渡金属钌低指数面的吸附与解离
6.1　研究现状 / 87
6.2　计算方法和模型建立 / 88
6.2.1　C、O原子的5-MP的构造 / 88
6.2.2　Ru表面簇合物模型 / 89
6.3　计算结果和讨论 / 90
6.3.1　CO-Ru（0001）体系 / 90
6.3.2　CO-Ru（1010）体系 / 91
6.4　结论 / 92

第7章　一氧化氮分子在过渡金属钌低指数面的吸附与解离
7.1　研究现状 / 94
7.2　计算方法与结果 / 95
7.2.1　计算方法与模型简述 / 95
7.2.2　计算结果 / 95
7.3　结果分析 / 96
7.3.1　NO-Ru（0001）体系 / 96
7.3.2　NO-Ru（1010）体系 / 99
7.4　结论 / 100

第8章　气态三原子分子相互作用的势函数
8.1　研究现状与展望 / 103
8.2　计算方法 / 104
8.2.1　两体扰动势 / 104
8.2.2　气态三原子体系相互作用势 / 105
8.2.3　扰动函数Ginj （R j ）的渐进性质 / 106

参考文献