有沒有人能詳細講一下跟過渡金屬有關的d-band model?
d-band model 跟吸附有莫大的關係,具體原理與模型還請詳解
Advances in Catalysis 2000年附近做過一個專門介紹,很短,也就七十頁(我剛才翻了下原文,才59頁,比我記憶中更短),介紹了d帶中心怎麼解釋分子吸附,活化,還有各種缺陷問題。我前幾天剛好看了。等我晚上回到電腦前把主要內容補上來。
======以下為補充=====
剛才仔細翻了翻筆記,這篇文章的標題是Theoretical surface science and catalysis—calculations and concepts,作者是B. Hammer和J. K. N?rskov,DOI:10.1016/S0360-0564(02)45013-4。我不是專做理論催化,不太了解前一個人,但是後一個人現在在理論界可是大名鼎鼎。正好前幾天偶然翻到這個文章,就看了看,覺得寫得不錯,尤其是解釋了我一直不太理解的d帶中心理論。
這裡言簡意賅把他們文中核心想法寫下來。
最核心的想法寫在了文章最前邊。現在討論有機物吸附在金屬上。金屬的sp軌道通常能量上展寬十分顯著,而d軌道則相對較為能量集中。所以態密度DOS上,d軌道是一個窄而尖的峰,類似於一個分子的分子軌道一樣。因此,一個寬的sp軌道和一個分子軌道作用,會使得分子軌道展寬;而一個狹窄的d軌道和一個分子軌道作用,就如同分子軌道理論里那樣,會使得分子軌道產生裂分。如下圖。
這就能解釋很多現象了。比如他們隨後舉的例子,是O原子吸附在金屬上的。我們可以看到,深色的O p軌道在吸附之後確實發生了明顯的裂分。反過來,金屬的d軌道可以認為幾乎不受其影響,因為金屬上有無數個電子,不會受到O那幾個電子影響。所以,金屬d軌道變化符合我們的認識,同一周期,隨著d電子填充,Fermi面上浮,相當於d軌道下沉。這產生了一個效果:隨著d電子減少,也就是d帶中心上浮,O p軌道裂分後形成的反鍵軌道也隨之浮出Fermi面。(這裡我當時看的時候是有點疑惑的,我覺得定性分析似乎不能得到這種結論,更客觀地說,對p軌道做個積分,比如看Ni和Cu,明顯Fermi面以上的O p的DOS積分大於Ni,也就是他們所說的更多反鍵軌道上浮漏出Fermi面。)理所當然地,金屬-O獲得了更多成鍵電子和更少反鍵電子,自然吸附更強。(原文還解釋了同一組變化規律,和d軌道半徑有關,有點跑題,不再介紹。)
從上邊這個例子可以看出來,d軌道中心上浮接近Fermi面,會導致吸附原子反鍵軌道上浮,從而提高吸附能。
他們後邊進一步討論了吸附分子情形。結論相似。d帶中心上浮,則更多成鍵軌道壓入Fermi面以下,而反鍵軌道進一步推出Fermi面。這個結論也適用於過渡態。所以d帶中心上浮,可以穩定吸附分子包括過渡態。
他們進一步討論了許多有意思的情形。比如表面缺陷產生的配位數下降問題。可以簡單理解為d軌道受晶體周期性勢場調製減小,從而有恢復原子軌道趨勢。同時,由於d帶電子數沒有改變,只能通過d帶中心上浮,把更多d軌道推出Fermi面,以維持d帶DOS積分值。所以缺陷相當於d帶中心上浮,從而產生了強吸附等等。
又比如壓應力效應。壓應力相當於施加了一個更強的周期性勢場,和上邊提到的過程剛好相反,d帶發生展寬,為了維持d帶電子數不變,d帶中心只能下移沉入Fermi面以下。
上邊就是我對這篇文章的理解,如果有理解錯的地方,歡迎指出討論。另外,@何政達 答案裡邊說的d帶展寬修正,我就真不知道了。畢竟我做催化不涉及金屬,前幾天也只是好奇看了看d帶中心理論到底是啥,沒學習那麼深入。期待他的答案更新。
謝邀!d-band theory是理論催化/電催化中重要的活性指標。另外它的演化歷史也很有趣。
先mark一下並作簡單回答,再慢慢的加入新內容。
d-band theory可以被用來作為催化反應的「描述符」。
它的本質是Anderson-Newn模型經過簡化後用來描述吸附物與表面相互作用的模型。
首先由norskov在1995年的nature上考察了Au為什麼活性差,給出了d-band theory的概念。
另一個點是2012年有一篇PRL(B?),說明用d-band不能很好的理解活性,而需要加上d-band的展寬(二階矩)的一半作為修正後才更準確。
吃午飯.....有空再更~
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由於專欄當中有意圖詳細介紹理論催化中的基本理論。而d-band就是理論催化中非常重要的模型,因此本人就寫了一篇專欄:
d-band theory的前世今生 - 知乎專欄
歡迎閱讀!
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