金属/钇稳定氧化锆界面相结构的第一性原理研究

钇稳定氧化锆(ZrO2)被广泛地应用于燃料电池、化学催化、传感器、材料的表面防护和表面改性及加工等高技术研究和生产中。这些应用都涉及到了金属／钇稳定氧化锆界面, 界面的行为决定或影响了这些应用的物理性质和化学性质。理解这些界面行为需要在原子尺度和量子力学的基础上对它们的微观结构和特性的全面了解。本课题旨在运用量子力学第一性原理密度泛函理论和第一性原理分子动力学研究金属/钇稳定氧化锆界面的微结构。以热力学理论作为连结微观与宏观的桥梁,从原子尺度上考虑实际环境,如温度和氧分压,对界面相结构的影响，研究钇在界面的可能偏析,钇偏析对界面相结构及界面力学性质的影响。本项目不仅对基础理论科学,同时对实际应用都具有重要意义。它的结果可以给实验工作者理解金属/钇稳定氧化锆及类似金属/金属氧化物界面相结构和它们的物理性质和化学性质提供理论框架。

钇稳定氧化锆被广泛地应用于燃料电池、化学催化、传感器、材料的表面防护和表面改性及加工等高技术研究和生产中。这些应用都涉及到了金属／钇稳定氧化锆界面, 界面的行为决定或影响了这些应用的物理性质和化学性质。理解这些界面行为需要在原子尺度和量子力学的基础上对它们的微观结构和特性的全面了解。本课题运用量子力学第一性原理密度泛函理论和第一性原理分子动力学研究了金属/钇稳定氧化锆界面的微结构。以热力学理论作为连结微观与宏观的桥梁, 从原子尺度上考虑实际环境,如温度和氧分压,对界面相结构的影响，研究了钇在界面的可能偏析, 钇偏析对界面相结构及界面力学性质的影响。我们重点研究了镍/钇稳定氧化锆界面和铂/钇稳定氧化锆界面, 及硫杂质在镍/钇稳定氧化锆界面的特性和行为。我们的结果揭示: 在较低温度和高氧分压下, 界面为氧终断; 在较高温度和低氧分压下, 界面为锆终断; 钇偏析在氧终断界面氧层附近; 钇界面偏析降低了界面的分离功。H2S能在镍/钇稳定氧化锆界面三相边界直接分离形成离解态; H2S分解后，稳定的NiS集团在三相边界形成。:本项目不仅对基础理论科学, 同时对实际应用都具有重要意义。它的结果可以给实验工作者理解金属/钇稳定氧化锆及类似金属/金属氧化物界面相结构和它们的物理性质和化学性质提供理论框架。