Mg(0001)表面原子氢吸附与初期氢化：密度泛函理论研究

我们采用广义梯度近似和超胞方法，利用密度泛函理论研究了Mg(0001)表面的原子氢吸附。系统研究了在广泛覆盖度和吸附位点范围内吸附结构和能量的覆盖度依赖性。在覆盖度范围$0<\Theta<1.0$内，所有可能吸附位点中最稳定的是表面fcc位点，其次是hcp位点，并且结合能随覆盖度增加而增加，这表明表面吸附具有更高的稳定性，并且在$0<\Theta<1.0$区域内随着覆盖度增加有形成氢岛（团簇）的趋势。还给出了低覆盖度下原子氢的表面扩散路径能量学，以及氢从表面位点渗透到次表面位点的活化势垒。在高覆盖度$1.00<\Theta<2.0$下，发现最能量有利的共吸附构型是：1.0单层H占据表面fcc位点，剩余单层H占据次表面四面体位点。这种最稳定共吸附构型产生的H-Mg-H三明治结构在态密度中显示出与体相氢化物MgH$_2$相似的光谱特征。还详细研究和讨论了H/Mg(0001)系统的其他性质，包括电荷分布、晶格弛豫、功函数和电子态密度。指出表面氢化过程中的H-Mg化学键显示出混合的离子/共价特性。