氧化物极性面基础性质研究

The stability of polar oxide surfaces remains an unresolved mystery in surface science. Among these, ZnO and MgO polar surfaces have received widespread attention because these surfaces are active in catalytic and corrosion reactions. However, a definitive statement on surface structure and stabilizing mechanism of polar oxide surfaces is still missing. Therefore, the active roles played by the polar surfaces make understanding their fundamental properties a high priority...It is well known that the ideal bulk-terminated polar surface is intrinsically unstable due to the macroscopic dipole field, and the effect of stabilizing mechanisms is to set up an opposing macroscopic field to offset the electric field set up by the ionic layers. We have showed that the bonding flexibility of the surface Zn atoms plays a decisive role in shaping the reconstruction structures that cancel the macroscopic dipole moment, while the bond energy model is probably used to explain the stabilization of MgO polar surfaces. In this project we will present a combined experimental and theoretical study of fundamental properties including surface structure, stabilizing mechanism, and electronic structure of ZnO and MgO polar surfaces. In addition, we also plan to study the fundamental properties of other polar oxide surfaces in wurtzite and rock salt forms. Furthermore, the interaction of water and molecular oxygen with ZnO and MgO polar surfaces will be investigated to uncover the possible catalytic mechanisms. Such atomic-scale knowledge is useful in understanding functional processes involving the polar surfaces of oxides.

氧化物极性面的稳定问题是表面科学中仍未解决的难题之一。其中，氧化锌和氧化镁由于具有催化和腐蚀活性受到了广泛的关注，而我们对包括氧化锌和氧化镁在内的众多氧化物极性面的表面结构和稳定机制还不清楚。因而，深入研究氧化物极性面的基础性质非常必要。.众所周知，理想氧化物极性面由于存在宏观静电能而不能稳定存在，通常通过建立一个反向的宏观电场从而达到稳定的目的。通过预研我们发现锌原子键的柔性对氧化锌极性面的稳定起着至关重要的作用，而键能模型则有可能用来解释氧化镁极性面的稳定结构。本项目将采用理论计算和实验相结合的方法研究氧化锌和氧化镁极性面的表面结构、稳定机理及电子性质在内的基础性质。另外，我们希望通过研究揭示更多具有纤锌矿和岩盐型结构氧化物极性面的基础性质。最后，通过研究发生在氧化锌和氧化镁极性面的表面反应来揭示相应的微观催化机理。在原子尺度对氧化物极性面基础性质的研究对其进一步的应用有重大意义。

氧化物极性面的稳定问题是表面科学中仍未解决的难题之一。其中，氧化锌和氧化镁由于具有催化和腐蚀活性受到了广泛的关注。在本项目中，我们解决了包括氧化锌和氧化镁在内的氧化物极性面的表面结构和相应稳定机制。. 众所周知，理想氧化物极性面由于存在宏观静电能而不能稳定存在，通常通过建立一个反向的宏观电场从而达到稳定的目的。通过研究我们发现锌原子键的柔性对氧化锌极性面的稳定起着至关重要的作用，而键能模型则可以用来解释氧化镁极性面的稳定结构。本项目采用理论计算和实验相结合的方法研究氧化锌和氧化镁极性面的表面结构、稳定机理及电子性质在内的基础性质。另外，通过研究，揭示了发生在氧化物表面上的反应和相应的微观催化机理。通过项目研究，在Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. B等刊物上发表论文51篇。