First‐principles calculations of oxygen adsorption on the Ti₃Al (0001) surface

Abstract

a Adsorption energies and density of states for O atoms adsorption on the Ti 3 Al (0001) surface have been calculated using first-principles calculations based on density functional theory. It is found that the order of O atom adsorption on the Ti 3 Al (0001) surface is associated with the adsorption energy as well as the distance of O atoms because of the interaction. The adsorption energy mainly depends on the bond number and bond strength between O and Ti atoms, and the adsorption site with rich-Ti surface (H I and HCP Al ) is first priority. The adsorption energy decreases with the increase of the oxygen coverage because of the characteristics of the valence d-orbitals of transition metals surface. Furthermore, the density of states indicates that the hybridization peak of O and Ti atoms is mainly from the contribution of Ti 3d-and O 2p-orbitals, and the hybridization peak of O and Al atoms from the contribution of Al 2p-and O 2p-orbitals.

Адсорбция кислорода на низкоиндексных поверхностях сплава Ti-=SUB=-3-=/SUB=-Al

“…П о в е р х н о с т ь (0001). Прежде всего обсудим адсорбцию кислорода на базальной плоскости (0001), поскольку имеются теоретические данные [19,20], поз-воляющие провести сопоставление результатов. Кроме того, это единственная поверхность, атомные слои ко-торой имеют стехиометрический состав, и, согласно результатам, полученным в работе [18], ее энергия понижается при сегрегации алюминия к поверхности.…”

“…Одной из первых теоретических работ, посвященных изучению процессов окисления поверхности сплавов, является публикация Лозового с соавторами [9], в которой изучалась адсорб-ция кислорода на поверхности NiAl(110). В настоящее время известно несколько работ [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20], в которых рассматривались низкоиндексные поверхности сплавов Ti−Al и их взаимодействие с кислородом, при этом наиболее изученным остается сплав γ-TiAl. В [10,11] исследовалась адсорбция кислорода на поверхности γ-TiAl(111).…”

“…Имеется несколько работ [18][19][20], в которых изуча-лись микроскопические механизмы окисления стехио-метрической поверхности Ti 3 Al(0001). В [18] проводился анализ влияния антиструктурных дефектов на энергети-ческую стабильность данной поверхности, в том числе при увеличении концентрации кислорода.…”

“…Было показано, что молекулы кислорода в основном дис-социируют, при этом атомы кислорода стремятся занять наиболее энергетически предпочтительные ямочные по-зиции на поверхности Ti 3 Al(0001). В последующей ра-боте этих авторов [20] была рассмотрена адсорбция атомарного кислорода на той же поверхности, в том числе при увеличении степени покрытия кислородом до одного монослоя. В целом в [19,20] было показано, что наибольшая энергия связи кислорода с поверхностью соответствует позициям, в которых адатом кислорода формирует связи преимущественно с атомами титана.…”

“…В последующей ра-боте этих авторов [20] была рассмотрена адсорбция атомарного кислорода на той же поверхности, в том числе при увеличении степени покрытия кислородом до одного монослоя. В целом в [19,20] было показано, что наибольшая энергия связи кислорода с поверхностью соответствует позициям, в которых адатом кислорода формирует связи преимущественно с атомами титана. В то же время в ранних работах, упомянутых выше, не обсуждалась стабильность низкоиндексных поверх-ностей сплава Ti 3 Al, а также не изучалась адсорбция кислорода на других поверхностях.…”