表面吸着種の走査トンネル顕微鏡画像に関する新しい解釈

表面吸附物质扫描隧道显微镜图像的新解释

• 批准号: 09740425
• 负责人: 沢邊 恭一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740425/
• 关键词: TiO_2(110); ab initio MO; formate; STM; electronic structure; chemisorption; surface

ルチル構造TiO_2の(110)表面での蟻酸イオン吸着構造とその電子状態に関する研究を行った。計算にはHartree-Fock(HF)法とBeckのB3LYP法を使用した。Tiの基底関数には短縮基底関数[14s11p5d/5s3p2d]かHay-WadtのECPを使用し、C,H,Oに関してはHuginaga DunningのD95V基底にdiffuse関数と分極関数を付加したものを使用した。表面のモデルは(TiO_2)〓n[n=2,4,6,7]のモデルクラスターを用い、その構造パラメータはバルク構造を採用した。モデルクラスターの(TiO_2)〓6及び(TiO_2)〓7はTiO_2表面特有の突出した酸素と[001]方向に2つの5配位Ti原子を含むようなモデルであり、最小の表面モデルといえる。基底関数や電子相関などの近似レベルのチェック、クラスターサイズやTi原子の配位数などの効果、を調べるためには小さいモデルクラスターを使って検討した。2つのTi原子を吸着サイトとするブリッジ型吸着に関してHF法やB3LYP法による吸着構造の最適化計算をおこなった。バイデンテイト型など他の吸着構造に関しても検討したが、ブリッジ型のみが安定な構造を与えた。モデル(TiO_2)_6及び(TiO_2)_7における最適化構造は、Ti-O間の結合長とO-C-O間の結合角がそれぞれ2.00Åと127.9°になり、実験値の2.0Åと126°とよく一致していた。また、蟻酸イオンの吸着構造は孤立系の構造をほとんど保持したままであった。他の小さいモデルクラスターでも、その最適化吸着構造はモデル(TiO_2)_6及び(TiO_2)_7のときと大きな差異が見られず、表面Tiの配位数や突出酸素が吸着蟻酸イオンの構造に影響がないことが示唆された。吸着前後での差電子密度を比較すると、突出酸素と蟻酸イオンの間には直接的な相互作用がないことがわかった。また、結合次数解析をおこなったところ、表面Ti原子と蟻酸イオンの酸素原子の間の共有結合性は0.3から0.4であり、電子の授受はほとんどなかった。エネルギー分割法によって吸着相互作用を解析したところ、蟻酸イオンとTiO_2表面との相互作用は静電相互作用や分極相互作用が支配的であることがわかった。蟻酸イオンは空軌道としてC,O原子のp軌道からなるπ^*(2b_1)軌道とC-H側に空間的に広がったσ^*(7a_1)軌道がある。TiO_2の(110)表面への吸着の際に電子の授受がないことから、STMにおける画像はこれらの軌道のどちらかがそのまま観測されていると考えられる。HF計算によるとモデル(TiO_2)_6での蟻酸イオンの吸着状態では、蟻酸イオンの原子が関与するもっとも低い空軌道は孤立系のときの7a_1軌道であった。したがって、STMで観測される画像は7a_1軌道であることが示唆された。

A study on the adsorption structure and electronic state of formic acid on the (110) surface of TiO_2 was carried out. The Hartree-Fock(HF) method and Beck's B3LYP method are used for calculation. Ti substrate diffusion coefficient [14s11p5d/5s3p2d] Hay-Wadt ECP application coefficient C,H,O application coefficient Huginaga Dunning D95V substrate diffusion coefficient and polarization application coefficient The structure of TiO_2 (TiO_2) n[n= 2, 4, 6, 7] is used. TiO_2 (TiO_2)_6 and TiO_2 (TiO_2)_7 are the special protrusions on TiO_2 surface. The orientation of TiO_2 (TiO_2)_6 and TiO_2 (TiO_2)_7 is [001]. The coordination number of Ti atoms is determined by the number of electrons in the substrate and the approximation of electron correlation. 2. Optimization calculation of adsorption structure of Ti atom by HF method and B3LYP method For example, the structure of the gas turbine is different from that of the gas turbine, and the structure of the gas turbine is different. The optimum structure of TiO_6 and TiO_7 is 2.00 ° C, 127.9° C and 2.0 ° C. The absorption structure of formic acid is isolated from the structure. The optimum adsorption structure of TiO_2/TiO_6 and TiO_2/TiO_7 is different from each other, and the coordination number of Ti on the surface and the structure of outstanding acid are also different. The difference in electron density before and after adsorption highlights the direct interaction between acid and formic acid. Analysis of binding times, surface Ti atoms, formic acid atoms, acid atoms, mutual binding properties 0.3, 0.4, electron transfer, etc. Analysis of adsorption interaction by the method of separation of organic compounds, interaction of formic acid and TiO_2 surface, electrostatic interaction and polarization interaction The p orbitals of formic acid atoms in C,O and C-H space range from π^*(2b_1) orbital to σ^*(7a_1) orbital. During adsorption of TiO_2 (110) surface, electron transfer and reception are studied. HF calculations show that the adsorption state of formic acid in (TiO_2)_6 is related to the atomic relationship between formic acid and low space orbitals and isolated systems. The image of the STM is 7a_1 orbit.