物理化学学报
物理化學學報
물이화학학보
ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA
2015年
z1期
81-89
,共9页
孙博%刘海风%宋海峰%郑晖
孫博%劉海風%宋海峰%鄭暉
손박%류해풍%송해봉%정휘
表面钝化%钚氧化物%钚氮化物%表面氢蚀%第一性原理分子动力学
錶麵鈍化%钚氧化物%钚氮化物%錶麵氫蝕%第一性原理分子動力學
표면둔화%비양화물%비담화물%표면경식%제일성원리분자동역학
Surface passivation%Plutonium oxide%Plutonium nitride%Surface hydrogen-corrosion%First-principles molecular dynamics
采用基于范德华密度泛函的vdW-DF(+U)方法,通过系统的第一性原理电子结构计算和分子动力学模拟,研究了两种钚钝化层(PuO2和PuN)的表面电子结构性质,以及表面与H2分子相互作用的微观动力学行为.结果显示:(1)H2很难靠近PuO2表面,与表面发生“碰撞-解离”的几率很小,自钝化层PuO2具有抗氢蚀作用;但是,一方面H2解离后H原子在PuO2表面的吸附放热稳定,另一方面在缺氧条件下PuO2薄层会转化成α-Pu2O3,而H2能穿过α-Pu2O3到达钚层,所以PuO2的抗氢蚀性能并不可靠.(2)H2在PuN表面的微观动力学行为与在PuO2表面类似,H2极难解离且H原子的吸附热力学上不稳定;相对于PuO2,PuN的成分单一、稳定而且结构致密,PuN具有比PuO2更好的抗氢蚀性能.我们希望本工作能为钚表面钝化防护技术的发展提供理论基础和依据.
採用基于範德華密度汎函的vdW-DF(+U)方法,通過繫統的第一性原理電子結構計算和分子動力學模擬,研究瞭兩種钚鈍化層(PuO2和PuN)的錶麵電子結構性質,以及錶麵與H2分子相互作用的微觀動力學行為.結果顯示:(1)H2很難靠近PuO2錶麵,與錶麵髮生“踫撞-解離”的幾率很小,自鈍化層PuO2具有抗氫蝕作用;但是,一方麵H2解離後H原子在PuO2錶麵的吸附放熱穩定,另一方麵在缺氧條件下PuO2薄層會轉化成α-Pu2O3,而H2能穿過α-Pu2O3到達钚層,所以PuO2的抗氫蝕性能併不可靠.(2)H2在PuN錶麵的微觀動力學行為與在PuO2錶麵類似,H2極難解離且H原子的吸附熱力學上不穩定;相對于PuO2,PuN的成分單一、穩定而且結構緻密,PuN具有比PuO2更好的抗氫蝕性能.我們希望本工作能為钚錶麵鈍化防護技術的髮展提供理論基礎和依據.
채용기우범덕화밀도범함적vdW-DF(+U)방법,통과계통적제일성원리전자결구계산화분자동역학모의,연구료량충비둔화층(PuO2화PuN)적표면전자결구성질,이급표면여H2분자상호작용적미관동역학행위.결과현시:(1)H2흔난고근PuO2표면,여표면발생“팽당-해리”적궤솔흔소,자둔화층PuO2구유항경식작용;단시,일방면H2해리후H원자재PuO2표면적흡부방열은정,령일방면재결양조건하PuO2박층회전화성α-Pu2O3,이H2능천과α-Pu2O3도체비층,소이PuO2적항경식성능병불가고.(2)H2재PuN표면적미관동역학행위여재PuO2표면유사,H2겁난해리차H원자적흡부열역학상불은정;상대우PuO2,PuN적성분단일、은정이차결구치밀,PuN구유비PuO2경호적항경식성능.아문희망본공작능위비표면둔화방호기술적발전제공이론기출화의거.
