复杂表面结构的定量电子显微学与第一原理计算研究

材料表面不仅是基础研究的重要对象，也显著地影响材料的技术应用。金属氧化、多相催化、薄膜生长等多是由表面过程决定的，而且常常涉及很复杂的表面结构。传统的表面结构研究方法，例如低能电子衍射和扫描隧道显微术，主要以单晶模型体系为研究对象。我们初步的研究结果表明，超高分辨像差校正电子显微学在研究材料的复杂表面结构方面具有独到的优势，给与材料表面相关领域的发展带来了很大的机遇。本项目将以像差校正电镜为平台，把超高分辨电子显微学和密度泛函第一原理计算有机地结合起来，研究有重要工业应用背景的金属间化合物和金属氧化物的复杂表面的化学成分、原子构型和电子结构，以及各要素之间的相互关联；研究材料复杂表面的形成和稳定性的物理机制；研究材料复杂表面的结构与性能的相互关系，为进一步优化材料性能与设计新材料提供重要的结构基础和科学依据。

金属氧化、多相催化、薄膜生长等多是由表面过程决定的，而且常常涉及很复杂的表面结构。传统的表面科学研究方法，如低能电子衍射和扫描隧道显微术，主要以晶体结构相对简单的材料为研究对象，而且主要是单晶形式。本项目以像差校正电镜为平台，把超高分辨电子显微学和密度泛函第一原理计算有机地结合起来，发展在亚埃尺度系统地研究固体表面结构与性能的有效方法，并将其应用到有重要工业背景的复杂固体表面，探索复杂表面的结构特征，表面结构与催化性能的相互关系，表面稳定性及其变化规律，为进一步优化材料性能与设计新材料提供重要的结构基础和科学依据。在基金项目的支持下，研究工作分以下三个方面：1、复杂材料体系的表面结构与缺陷表现为各种形式，如多重孪晶、表面与界面结构等等。为了对这些结构进行定量分析，建立了相应的分析方法，编写了多个计算机程序。2、选择有代表性的金属氧化物体系，以单晶为主要材料形式，结合像差校正高分辨电子显微学与第一原理计算研究其表面结构与缺陷结构。3、以金属以及金属与氧化物复合催化剂为研究对象，研究小尺寸下的材料结构特征与表面结构。相关研究结果在Phys. Rev. B与Angew. Chem.等SCI期刊已发表10余篇文章，并有5-8篇论文在整理之中，预计在2014年发表。