Hf、Ti和Ni掺杂对ZrCo合金CO2吸附行为的调控机制及其抗表面毒化应用研究

本文通过密度泛函理论（DFT）计算，系统研究了Hf、Ti和Ni掺杂对ZrCo(110)表面CO2毒化抵抗性能的影响。研究发现：Hf和Ni掺杂可降低CO2吸附强度并抑制其解离活性，而Ti掺杂则促进CO2及其解离产物（CO/O）的化学吸附。该研究为核聚变反应堆中氢同位素储存材料（ZrCo合金）的抗毒化改性提供了原子级理论依据。

　　

Highlight

本研究采用DFT计算揭示了Hf、Ti和Ni掺杂对ZrCo(110)表面CO₂毒化抵抗性能的调控机制。特别值得注意的是，表面费米能级附近的d态电子分布是调控CO₂吸附的关键因素——表面电子会转移至CO₂的反键轨道。

Computational methods

所有计算通过维也纳从头算模拟软件包（VASP）完成，采用投影缀加波（PAW）方法和广义梯度近似（GGA-PBE）泛函，平面波截断能设为500 eV。ZrCo(110)表面模型构建为CsCl型晶体结构，通过掺杂位点能量筛选确定最稳定构型。

Effects of doping M on the ZrCo(110) surface

研究发现：

1. 1.

   Hf和Ti倾向于取代Zr位点，而Ni偏好Co位点，掺杂形成能分别为-0.31 eV、-0.29 eV和-0.76 eV

2. 2.

   Hf/Ni掺杂削弱CO₂吸附强度，而Ti增强其吸附

3. 3.

   Hf能显著抑制CO₂解离活性，并阻碍后续CO表面扩散

Conclusions

主要结论：

1. 1.

   Hf掺杂通过双重作用（降低CO₂吸附强度+抑制解离）最有效提升抗毒化性能

2. 2.

   Ni掺杂次之，而Ti掺杂会加剧表面毒化效应

3. 3.

   电子结构分析表明掺杂原子通过调控表面d带中心位置影响吸附行为

（注：翻译严格遵循原文科学表述，专业术语保留英文缩写并标注，删除了文献引用标识，使用_{/^{规范上下标格式）}}