BrCl 在 Ni(100)及 NiO(111)表面上吸附渗入的密度泛函理论研究

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1、中图分类号：TG171单位代码：10425学号：Z12090563Br/Cl在Ni(100)及NiO(111)表面上吸附渗入的密度泛函理论研究DensityFunctionalTheoryStudyoftheAdsorptionandInsertionofBr/ClonNi(100)andNiO(111)surface学科专业：材料工程研究方向：腐蚀与防护作者姓名：马云飞指导教师：胡松青教授现场导师：钱建华教授二〇一五年六月DensityFunctionalTheoryStudyoftheAdsorptionandInsertiono

2、fBr/ClonNi(100)andNiO(111)surfaceAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：MaYunfeiSupervisor：Prof.HuSongqingCollegeofScienceChinaUniversityofPetroleum(EastChina)摘要镍金属凭借优异的物理、化学及力学性能，广泛应用于石油设备、医疗器械、航空航天、电子等领域。镍金属表面易形成一层氧化膜，起到隔绝腐蚀介质的作用，从而改善其耐蚀性能。但在卤族元素存在环境中镍金属及其氧化物极易

3、发生点蚀，遭到破坏。目前，对其腐蚀机理及腐蚀过程的解释只能通过腐蚀产物形貌及成分进行推测，而理论计算中仅限于研究腐蚀性粒子在金属表面的吸附行为，并不能对腐蚀发生微观过程进行准确描述。因此本文运用量子化学计算方法，研究了Br/Cl在金属Ni(100)及其氧化物NiO(111)表面上不同位点的吸附行为，并对Br/Cl渗入表面内部形成点蚀过程进行了描述，同时对Br/Cl破坏Ni金属及其氧化物内部结构的行为进行了研究。得出如下结论：通过对Br/Cl在金属Ni(100)表面吸附及破坏其内部结构行为进行研究，并对Br/Cl渗入Ni(100)表面内

4、部过程进行描述，可知Br和Cl均易吸附在Ni(100)表面空位处，且Br更容易吸附，Br对金属Ni腐蚀倾向更大。吸附后Br/Cl与表面上Ni原子间存在共用电子，且各电子轨道间发生轨道杂化现象，表现出较强的相互作用。在金属Ni表面存在缺陷处，Br和Cl只需吸收很小的能量就可取代内部Ni原子，从而渗入到金属内部。Br/Cl渗入金属内部后可对金属结构造成严重破坏，且随渗入原子数目增多，引起金属Ni基体结构的变化越明显，Br比Cl的破坏性更大。比较O与Br/Cl在金属Ni(100)表面上的吸附特性，可知O更容易与金属结合生成NiO。通过研究B

5、r/Cl在NiO(111)表面吸附及破坏其基体结构行为，同时对Br/Cl渗入NiO(111)基体内部过程做出描述，可知Br和Cl在NiO(111)表面顶位处吸附构型最稳定，且Br比Cl结合更稳定。Br和Cl在NiO表面吸附为吸热过程，可知钝化膜NiO对Br、Cl等腐蚀性粒子具有排斥作用，但在一定条件下，Br和Cl可取代NiO表层中的O原子，从而嵌入到钝化膜表面。嵌入后的Br和Cl会进一步渗入到NiO内部，对其内部结构造成破坏。随着Br和Cl渗入量的增加，NiO结构及性质变化越大，且Br比Cl的破坏性更大。通过以上研究对Br和Cl腐蚀破

6、坏金属Ni及其钝化膜NiO的过程进行了描述，同时得到Br和Cl在Ni(100)及NiO(111)表面吸附特性，并阐述了Br和Cl破坏基体内部结构的过程。因此，本文研究将对进一步探究Br和Cl的腐蚀机理具有借鉴意义。关键词：Ni(100)，NiO(111)，Br/Cl，吸附，渗入，密度泛函理论iDensityFunctionalTheoryStudyoftheAdsorptionandInsertionofBr/ClonNi(100)andNiO(111)surfaceMaYunfei（MaterialEngineering）Direc

7、tedbyProf.HuSongqingAbstractNiiswidelyusedinpetroleumequipment,medicalequipment,aerospace,electronicsandotherfields,becauseofitsexcellentphysical,chemicalandmechanicalproperties.It’seasilytoformalayerofoxidefilmonNisurfaceandtheoxidefilmcanisolateNisurfacefromthecorrosi

8、vemedium,sothecorrosiveresistancecanbeimproved.Corrosiveresistancecanbeimproved.However,pittingcorrosioncanbef