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氧化钚表面水吸附脱附行为的动力学研究

报告人:张萃 (北京应用物理与计算数学研究所)
时间:2018年6月19日(周二)12:20-13:30
地 点:工学院1号楼210会议室 
主持人:康炜 教授

报告简介:

在水和氧化钚表面之间的相互作用是决定钚材料氧化腐蚀速率的关键因素。我们开展了一系列以第一性原理为基础并结合DFT + U方法的动力学模拟,系统地研究了水分子和小团簇在PuO2(110)表面离解的动力学过程和机制。研究结果显示单个水分子和分子团簇在PuO2(110)表面上的分解过程是相似的两步羟基化过程,然而,其分解机制截然不同。单个水分子的分解是水分子轨道与PuO2(110)表面电子状态杂化的结果,分解反应需要克服0.18 eV的反应能垒。而由氢键结合的水分子团簇在表面的分解是无势垒的放热反应(-0.42 eV)。水分子团簇之间的氢键相互作用促进了分子在PuO2(110)表面的分解,所生成的部分解离状态比单个水分子在表面的分解产物更为稳定。同时,氢键相互作用也进一步引发了表面羟基与剩余表面水分子之间的质子转移反应。对于分解产物,我们进一步采用第一性原理原子热力学方法,计算了PuO2(110)表面脱氢反应的压力-温度相图,并确定了控制反应可行性的热力学边界。我们还进一步研究了表面结构,即氢覆盖率,对脱氢反应的影响。相对于生成水分子和表面缺陷的脱氢反应,产生氢气分子的脱氢反应在能量上更为有利。然而,热力学条件,如氢气与水蒸汽相对压强的变化, 可以调节两种不同脱氢反应的可行性,更有利于室温条件下氢化PuO2(110)表面的脱水反应。

报告人介绍:

   2011年毕业于加州大学戴维斯分校,获得化学博士学位,而后在普林斯顿大学从事博士后研究。现在北京应用物理与计算数学研究所工作,主要从事材料物性及反应机理的计算模拟研究。

 

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