H_(2)O分子在Ce、CeN和CeH_(2)表面解离的理论研究OA

铈(Ce)因其独特的电子结构特性,成为研究钚(Pu)基材料表面反应机制的理想模拟对象。本研究采用密度泛函理论方法,系统解析了H_(2)O分子在Ce、CeN和CeH_(2)表面的吸附与解离过程。结构优化结果表明,H_(2)O分子在3种材料表面均以桥位吸附为最稳定构型,且吸附强度存在明显差异,对应吸附能分别为-0.81、-0.92、-0.93 eV。电子局域函数(ELF)与晶体轨道键指数(COBI)分析结果证实,表面与H_(2)O分子作用后,H_(2)O分子本征O-H键电子聚集度降低,有效弱化了O-H键结构稳定性,为H_(2)O分子解离提供了结构基础。过渡态计算结果表明,3种表面均可实现H_(2)O分子解离,但解离路径、能垒与放热存在差异。单质Ce表面H_(2)O分子为多步解离反应,反应能垒为0.80 eV,整体反应放热3.34 eV。CeN表面的水解离能垒为0.98 eV,总放热量为3.54 eV。CeH_(2)表面O-H键断裂能垒仅为0.72 eV,整体反应放热可达4.99 eV。H_(2)O分子在Ce、CeN和CeH_(2)表面的吸附和解离过程差异,可与实验观测数据形成互补,具有一定的指导意义。