danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"dan-232Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESЛОКАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ И ТИТАНАLOCAL ENERGY HETEROGENEITY OF THE FLAT SURFACES OF ALUMINA AND TITANIUM OXIDEЗАЙЦЕВА. Л.ZAITSEVA. L.alzaits@tut.byПЛЕСКАЧЕВСКИЙЮ. М.PLESKACHEVSKYYu. M.

член-корреспондент

pleskym@mail.ruИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова, МинскBelarusГомельский филиал НАН БеларусиBelarus2014090620165839298Copyright © ЗАЙЦЕВ А.Л., ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ Ю.М., 20162016ЗАЙЦЕВ А.Л., ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ Ю.М.ZAITSEV A.L., PLESKACHEVSKY Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/232

Методом функционала плотности изучена локальная энергетическая неоднородность поверхностей оксидов алюминия и титана. Расчетами по схеме периодических ячеек установлено, что положения центров адсорбции, соответствующие минимумам потенциальной энергии взаимодействия поверхности с пробной частицей (атом водорода), зависят от ее расстояния до поверхности. На расстояниях более 2 Å активные центры на поверхностях (0001) Al2O3 и ( 001) T iO2 характеризуются одним глобальным энергетическим минимумом, находящимся над поверхностным атомом металла. На расстояниях порядка 1–2 Å глобальный минимум вырождается в несколько энергетических состояний, кратность которых определяется симметрией исходной поверхности. В пределах элементарной поверхностной ячейки (0001) Al2O3 находится три активных центра с гексагональной симметрией, а на поверхности (001) TiO2 – два центра с зеркальной симметрией, смещенных к атому металла относительно положений максимумов электронной плотности поверхностных атомов кислорода. Результаты объясняются возмущением, вносимым электроном пробной частицы в распределение поверхностной плотности, что приводит к вырождению активного центра. Положения вырожденных центров не совпадают с пространственной геометрией атомов металла и кислорода на поверхности оксида.

The local energy heterogeneity of the flat surfaces of alumina and titanium oxide is studied using the density functional theory. The periodic total energy calculations have shown that the positions of the adsorption sites corresponding to potential energy minima of the oxide surface interaction with a trial particle (hydrogen atom) depend on its distance to the surface. The active sites of (0001) Al2O3 and (001) TiO2 surfaces at distances of more than 2 Å are characterized by one global minimum of potential energy that localizes upon the surface metal atom. At distances of the order of 1–2 Å the global minimum degenerates in several energy states and number of which is defined by the initial surface symmetry. There are three active sites with hexagonal symmetry within an elementary cell of (0001) Al2O3 surface and two sites with the mirror symmetry on a (001) TiO2 surface, displaced to the metal atom relatively of electronic density maxima positions of oxygen surface atoms. The results obtained are explained by perturbation introduced by the electron of a trial particle into surface electronic density distribution that leads to the degeneration of the active site. New sites positions do not coincide with the space geometry of metal and oxygen atoms at oxide surface.

ReferencesДункен Х., Лыгин В. И. Квантовая химия адсорбции на поверхности твердых тел. М., 1980.Дункен Х., Лыгин В. И. Квантовая химия адсорбции на поверхности твердых тел. М., 1980.Окура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности. М., 2005.Окура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности. М., 2005.Каталитические свойства веществ / под ред. А. А. Ройтера. М., 1976. Т. 3.Каталитические свойства веществ / под ред. А. А. Ройтера. М., 1976. Т. 3.Smith R. L., Lu W., Rohrer G. S. // Surface Science. 1995. Vol. 322. Р. 293–300.Smith R. L., Lu W., Rohrer G. S. // Surface Science. 1995. Vol. 322. Р. 293–300.Marmier A., Parker S. C. // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. 115409.Marmier A., Parker S. C. // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. 115409.Siegel D., Hector L. G., Adams J. B. // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. 085415.Siegel D., Hector L. G., Adams J. B. // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. 085415.Зайцев А. Л., Детро Ф., Плескачевский Ю. М., Гонз К. // Физика твердого тела. 2003. Т. 45, № 12. С. 2118–2123.Зайцев А. Л., Детро Ф., Плескачевский Ю. М., Гонз К. // Физика твердого тела. 2003. Т. 45, № 12. С. 2118–2123.Зайцев А. Л., Плескачевский Ю. М., Чижик С. А. // Инженерно-физический журн. 2008. Т. 81, № 1. С. 157–164.Зайцев А. Л., Плескачевский Ю. М., Чижик С. А. // Инженерно-физический журн. 2008. Т. 81, № 1. С. 157–164.Hotsenpiller P. A. M., Bolt J. D., Farneth W. E. et. al. // J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102. P. 3216–3226.Hotsenpiller P. A. M., Bolt J. D., Farneth W. E. et. al. // J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102. P. 3216–3226.Jarvis E. A. A., Carter E. A. // J. Phys. Chem. B. 2001. Vol. 105. P. 4045–4052.Jarvis E. A. A., Carter E. A. // J. Phys. Chem. B. 2001. Vol. 105. P. 4045–4052.Toshitaka Kubo, Kazuhiro Sayama, Hisakazu Nozoyet // J. Am. Chem. Soc. 2006. Vol. 128. P. 4074–4078.Toshitaka Kubo, Kazuhiro Sayama, Hisakazu Nozoyet // J. Am. Chem. Soc. 2006. Vol. 128. P. 4074–4078.Ariga H., Taniike T., Morikawa H. et al. // Chem. Phys. Lett. 2008. Vol. 454, iss. 4–6. P. 350–354.Ariga H., Taniike T., Morikawa H. et al. // Chem. Phys. Lett. 2008. Vol. 454, iss. 4–6. P. 350–354.Muscat J., Harrison N. M. // Surface Science. 2000. Vol. 446. P. 119–127.Muscat J., Harrison N. M. // Surface Science. 2000. Vol. 446. P. 119–127.Кон В. // УФН. 2002. T. 172, № 3. C. 336–348.Кон В. // УФН. 2002. T. 172, № 3. C. 336–348.Gonze X., Amadon B., Anglade P.-M. et al. // Comp. Phys. Com. 2009. Vol. 188, N 12. P. 2582–2615.Gonze X., Amadon B., Anglade P.-M. et al. // Comp. Phys. Com. 2009. Vol. 188, N 12. P. 2582–2615.Ceperley D. M., Alder B. J. // Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 45. P. 566–569.Ceperley D. M., Alder B. J. // Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 45. P. 566–569.Troullier N., Martins J. L. // Phys. Rev. B. 1991. Vol. 43. P. 1993–2006.Troullier N., Martins J. L. // Phys. Rev. B. 1991. Vol. 43. P. 1993–2006.Hartwigsen С., Goedecker S., Hutter J. // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 58. Р. 3641–3662.Hartwigsen С., Goedecker S., Hutter J. // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 58. Р. 3641–3662.Monkhorst H. J., Pack J. D. // Phys. Rev. B. 1976. Vol. 13. P. 5188–5192.Monkhorst H. J., Pack J. D. // Phys. Rev. B. 1976. Vol. 13. P. 5188–5192.Скворцов А. В. Триангуляция Делоне и её применение. Томск, 2002.Скворцов А. В. Триангуляция Делоне и её применение. Томск, 2002.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.