Green-function Theory of Chemisorption pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Davison, Sydney George/ Sulston, K. W.

出品人:

页数:211

译者:

出版时间:

价格:1536.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402044045

丛书系列:

图书标签:

• Green's function
• Chemisorption
• Surface science
• Quantum chemistry
• Solid-state physics
• Adsorption
• Condensed matter physics
• Electronic structure
• Theoretical chemistry
• Surface reactions

凝聚态物理中的表面现象研究：无机界面电子结构与反应动力学 本书聚焦于凝聚态物理领域中无机材料表面的复杂电子结构及其在化学吸附过程中的动态行为。 本书旨在为固体物理、材料科学以及表面化学的研究人员和高级学生提供一个深入、系统的理论框架，用以理解和预测多相催化、腐蚀、以及半导体器件界面处的关键物理化学过程。全书以扎实的量子力学和多体微扰理论为基础，详细阐述了如何利用先进的计算方法，精确描述吸附物种与固体基底之间的相互作用能、电子态密度变化，以及随时间演变的反应路径。 第一部分：理论基石与模型构建 本书的第一部分建立了研究无机界面电子结构所必需的理论基础。我们首先回顾了描述周期性固体中电子行为的 Bloch 定理和能带理论，并将其扩展至描述具有表面缺陷或吸附位点的有限体系。 第一章：周期性固体与表面电子结构的表示 本章详细讨论了晶格振动、电子态的周期性边界条件（布洛赫波）以及如何通过第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）求解基态电子结构。重点关注以下几个方面： 1. 实空间与倒易空间的关联： 解释了如何从晶格矢量和倒易矢量来构建布里渊区，以及如何通过高斯积分（如Monkhorst-Pack方案）精确采样动量空间。 2. 电子态的局域化描述： 讨论了局域基组（Localized Basis Sets）方法，例如高斯型轨道（Gaussians）和平面波展开的优缺点。特别强调了如何有效地在界面区域捕捉电子波函数的非周期性变化。 3. 表面缺陷的构建： 详细介绍了用于模拟表面的 Slab 模型和带休层（Vacuum Gap）的设计原则，包括层数的选择、休层厚度的影响，以及如何通过平移对称性来正确处理表面电子态。 第二章：多体相互作用与自相互作用误差的修正 在处理吸附体系时，电子之间的精确相关效应至关重要。本章深入探讨了电子间的库仑排斥及其引发的能量校正问题。 1. 从 Hartree-Fock 到密度泛函理论 (DFT)： 简要回顾了自洽场（SCF）方法，并详细分析了当前主流的交换-关联泛函（LDA, GGA, meta-GGA）在描述金属-吸附物相互作用时的局限性，特别是对范德华力（vdW）和电荷转移的描述不足。 2. 局域化多体微扰理论 (DMFT)： 本章的核心在于引入动态平均场理论（DMFT）的概念，用以处理那些在吸附过程中电子局域化程度显著增强的体系（如 d 轨道或 f 轨道金属表面）。我们展示了如何通过求解包含自能函数的格林函数方程，来动态地修正电子的有效质量和能级展宽。 3. 修正DFT的半经验方法： 介绍了如何通过引入修正项（如 Hubbard U 参数）来处理强关联体系，并讨论了如何通过实验数据或更精确的计算来标定这些参数。 第二部分：吸附现象的能量学与几何优化 第二部分将理论框架应用于实际的吸附问题，侧重于确定吸附位点、计算吸附能，以及理解吸附过程中的结构弛豫。 第三章：吸附能的精确计算与位点选择 吸附能 ($Delta E_{ads}$) 是衡量吸附强度的基本量。本章详细讨论了计算不同吸附模式下吸附能的规范方法，并探讨了吸附物在表面上的势能面。 1. 绝对吸附能的定义与基线选择： 详细区分了化学吸附（Chemisorption）和物理吸附（Physisorption）吸附能的计算差异，并讨论了如何处理吸附物自身的弛豫能。 2. 表面位点的分类与几何弛豫： 考察了金属和半导体表面上典型的吸附位点，包括顶位（Top）、桥位（Bridge）、和中心位（Hollow）。展示了如何使用力学最小化算法（如共轭梯度法或拟牛顿法）来确定吸附原子在表面弛豫后的最优几何构型。 3. 表面重构的影响： 引入了表面重构（Reconstruction）的概念，讨论了当吸附发生时，底层原子位置发生显著变化的复杂情况（如金属的欠配位效应）。 第四章：反应路径分析与能垒确定 化学反应的动力学受限于反应能垒。本章探讨了如何从静态结构计算过渡到动态反应过程的分析。 1. 爬山法与链式算法 (Climbing Image Nudged Elastic Band, CI-NEB)： 详细阐述了用于确定反应过渡态（Transition State, TS）的 CI-NEB 方法。重点讲解了如何设置初始和最终图像，以及如何确保路径的收敛性以准确捕捉能垒的峰值。 2. 虚频分析： 解释了如何通过计算振动频率来验证一个构型是局域最小值（所有频率为实数）还是过渡态（存在一个虚频）。 3. 动力学参数的提取： 讨论了如何将计算得到的能垒通过阿累尼乌斯理论与宏观动力学参数（如反应速率常数）联系起来，为催化剂失活机制的研究提供理论支撑。 第三部分：电子态响应与光谱学表征 本部分转向对吸附体系电子结构的精细探查，这对于理解吸附键的性质和指导实验光谱测量至关重要。 第五章：表面响应函数与电荷转移 吸附过程本质上是电子云的重新分布。本章关注如何量化这种电子转移及其在电学性质上的体现。 1. 电荷局域化指标： 介绍了 Bader 分析、静电势分析（Electrostatic Potential Map）以及电荷密度差分图（Charge Density Difference Maps）等工具，用以可视化和量化吸附原子与基底之间的电子共享和极化程度。 2. 表面电势与功函数变化： 讨论了吸附如何改变材料的功函数 ($Phi$)，这是影响电子注入和萃取效率的关键参数。通过计算吸附层前后的真空能级位移，可以量化偶极层效应。 3. 界面诱导的电子态重构： 深入分析了杂化作用（Hybridization）如何导致吸附物分子轨道与固体表面态（Surface States）或表面缺陷态（Surface Defect States）的耦合，形成新的界面态。 第六章：格林函数与光谱响应的模拟 本章将理论推导应用于可直接与实验光谱技术对比的物理量。 1. 局域态密度（LDOS）的计算： 详细说明了如何使用延迟（Retarded）格林函数 $G^R(mathbf{r}, mathbf{r}', omega)$ 来计算吸附原子在特定能量和空间位置上的态密度。这直接对应于扫描隧道显微镜（STM）的 $dI/dV$ 谱。 2. X射线吸收光谱（XAS）的模拟： 探讨了如何通过计算吸附体系的电子跃迁概率（基于时滞格林函数或线性响应理论）来模拟 X 边吸收谱（如 XANES 和 EXAFS）。重点分析了对中心原子周围几何结构和氧化态敏感的边形（Edge）特征。 3. 拉曼散射与非线性光学效应： 简要介绍了表面增强拉曼散射（SERS）的机理，通过计算吸附物-表面复合物的超极化率（Hyperpolarizability）张量，为理解非线性光学响应提供理论基础。 本书力求在理论的严谨性与对实际物理化学问题的解决能力之间取得平衡，为读者提供一个理解复杂无机界面现象的强大理论工具箱。全书内容独立于任何特定吸附体系的讨论，专注于通用且精确的计算方法论。

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