锑烯表面铀、钍、钚的吸附性能研究:线性响应方法结合密度泛函理论

WU Feihong,TANG Xian, CHENG Guodong, YAN Long, ZHANG Yang

Nuclear Techniques（2023）

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摘要

基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)研究了锕系元素铀(U)、钍(Th)、钚(Pu)在二维金属材料锑烯表面的吸附特性.采用线性响应法拟合得到描述铀、钚5f轨道电子强格点库仑作用的哈伯德U值分别为2.24 eV和2.84 eV.利用DFT+U计算发现,锑烯难以吸附钚原子(吸附能为负值),而对铀、钍原子具有较强的表面化学吸附以及丰富的稳定吸附位点.铀和钍原子能量上最稳定的吸附位点分别为桥位——孔位之间和孔位,吸附能分别为4.40 eV和3.62 eV.通过电子结构、电荷转移和最高占据态轨道波函数分析发现,铀、钍原子使锑烯的带隙中出现杂质态,并与锑烯之间通过强p-d轨道耦合使其稳定吸附.进一步计算了吸附率随温度的变化,得出铀和钍在锑烯表面的解吸温度分别达到837 K和660 K.结果预示锑烯是一种良好的铀、钍吸附材料,在海水提铀等领域具有潜在应用.

关键词

Antimonene,Actinides,Density functional theory,Linear response,Adsorption,Electronic structure

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