Разработка теоретических методов описания явления адсорбции на металлах

• Автор: Матвеев, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

1 Поверхностные и адсорбционные свойства металлов и способы их описания
1.1 Введение
1.2 Основные этапы и направления развития теории металлической поверхности
1.3 Исходные уравнения метода функционала плотности при исследовании поверхностных свойств металла
1.4 Применение метода функционала плотности к расчету работы выхода электрона с поверхности металла
1.5 Адсорбция на металлических поверхностях
1.5.1 Модель однородного фона для субстрата и адсорбата
1.5.2 Модель однородного фона для субстрата
1.5.3 Решеточная модель субстрата
1.6 Выводы
2 Многопараметрическая модель адсорбции атомов щелочных металлов на металлических поверхностях
2.1 Введение
2.2 Модель однородного фона
2.3 Учет дискретности кристаллической решетки. Модель Ашкрофта
2.4 Учет решеточной релаксации поверхности подложки
2.5 Электронная плотность адсорбированной пленки и учет ее релаксации

2.6 Расчет энергетических характеристик адсорбционной системы
2.7 Методика и результаты расчета работы выхода электронов с поверхности подложки
2.8 Выводы
3 Модель активированной адсорбции атомов металлов на металлических поверхностях
3.1 Введение
3.2 Основные уравнения. Методика расчета энергии адсорбции
3.3 Описание поверхностных бинарных растворов
3.4 Анализ результатов расчета энергии адсорбции
3.5 Выводы
4 Влияние адсорбции атомов металлов на величину работы выхода электрона с металлических поверхностей
4.1 Введение
4.2 Основные уравнения. Методика расчета работы выхода
4.3 Анализ результатов расчета работы выхода
4.4 Выводы
Заключение
Приложение
Литература
Исследование поверхностных свойств материалов и энергетических характеристик адсорбции атомов и молекул различных веществ является актуальной проблемой как с точки зрения фундаментальных представлений об изменении свойств кристаллов в приповерхностной области [124], так и с прикладной точки зрения модификации свойств материалов за счет напыления покрытий с необходимыми заданными свойствами [97,122,127]. В частности, адсорбаты из щелочных металлов применяются для получения эффективных электродов с низкой работой выхода и осуществления гетерогенног о катализа с улучшенной активностью и селективностью катализаторов [97,122}. Тонкие пленки кобальта и железа находят широкое применение в магнетоалектронике [118,127|.
Адсорбция щелочных металлов уже давно занимает центральное место среди объектов теоретического исследования для описания свойств адсорбции на поверхности кристаллов [88,101,105,124]. Это обусловлено, прежде всего, простой электронной структурой атомов щелочных металлов, а также тем, что эти адсорбаты при низких температурах обычно не вызывают значительной релаксации поверхности подложки и однородно распределяются в виде моноатомного слоя с реализацией, так называемой, неактивированной адсорбции [3,101].
Простое объяснение взаимодействия между атомами щелочного металла и поверхностью металлической подложки было предложено Лэнгмюром [105]. Он предположил, что атом щелочного металла полностью отдает свой валентный электрон субстрату с образованием ионной связи. Гурней в 1935 году при более точном теоретическом описании адсорбции щелочных металлов предложил квантовомеханическую модель, применимую при низких покрытиях [88]. В его моде-

Таким образом, поверхностная энергия запишется в виде
°о(Р)= I {ш[п(Р,г)-ы[п+(г)]}<1г.
(2.15)
—ОО
Далее, проводя процедуру минимизации
(2.16)
определяем значение параметра Ртят а из (2.15) — величину межфазной энергии (Апт) •
2.3 Учет дискретности кристаллической решетки. Модель Ашкрофта
В соответствии с работой [100], учет дискретности в распределении ионов по узлам кристаллической решетки металлов приводит к поправкам в электростатической энергии взаимодействия как за счет ион-ионного, так и ион-электронного взаимодействий. В результате межфазную энергию можно записать в следующем виде:
где (То ~ вклад от электронной системы в рамках модели "желе" (2.15), о« _ возникает от электростатического взаимодействия ионов между собой, £гет- - связан с разностью в электростатическом взаимодействии электронов с дискретными ионами и с однородным фоном "желе". С использованием метода, представленного в [82], нами было получено следующее выражение для межфазной энергии ион-ионного взаимодействия:
а — <7о + (Тц + <Теі,
(2.17)
(2.18)