張冬 程延海 馮世哲 連佳 白恒

摘要：為了研究溶解氧含量對Fe基換熱表面腐蝕行為的影響機理，根據(jù)第一性原理，對O2單分子、H2O單分子和溶氧水體系在Fe基換熱表面的吸附進行了研究，采用GGA/PBE，近似計算吸附過程中的吸附能量、態(tài)密度及布居數(shù)變化。計算結(jié)果表明：含氧水溶液中溶液與Fe基表面存在表面吸附，水分子趨向于頂位吸附，氧分子趨向于Griffiths吸附；H2O分子在Fe（001）表面吸附而相互作用時，引起了界面雙電層電荷分布的變化，使Fe原子失去電子帶正電，導(dǎo)致表面電位發(fā)生變化；O2分子在Fe（001）晶面吸附時，促使Fe（001）表面原子失去電子，表面電位增加，O2分子與表面Fe原子易于發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，其中O原子的2p軌道對于O2分子在Fe（001）晶面的吸附起主要作用；隨著溶氧水體系中O2分子所占比例的增大，吸附能的絕對值也隨之增加，F(xiàn)e基換熱表面相互作用更強。研究探明了不同溶氧量對Fe基換熱表面腐蝕的影響規(guī)律，為實驗研究金屬基體腐蝕機理提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：工程傳熱、傳質(zhì)學(xué)；第一性原理；溶氧水體系；分子吸附；吸附能

中圖分類號：TK172文獻標志碼：A

First principles study of dissolved oxygen water

adsorption on Fe （001） surfaces

ZHANG Dong， CHENG Yanhai， FENG Shizhe， LIAN Jia， BAI Heng

（School of Mechatronic Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116， China）

Abstract：In order to study the mechanism of dissolved oxygen content on the surface corrosion behavior of Fe-based heat transfer， the first principle is used to study the adsorption of O2 monomolecular， H2O monolayer and dissolved oxygen system on Fe-based heat transfer surface. The GGA/PBE approximation is used to calculate the adsorption energy， state density and population change during the adsorption process. Calculations prove that when the dissolved oxygen is adsorbed on the Fe-based surface， the water molecule tends to adsorb at the top sites， and the oxygen molecule tends to adsorb at Griffiths. When the H2O molecule adsorbs and interacts on the Fe （001） surface， the charge distribution of the interfacial double electric layer changes to cause the Fe atoms to lose electrons， resulting in the change of the surface potential. When the O2 molecule adsorbs on the Fe （001） crystal surfaces， the electrons on the Fe （001） surface are lost and the surface potential increases. O2 molecule and the surface of the Fe atoms are prone to electron transfer， in which O atom's 2p orbit for the adsorption of O2 molecule on Fe （001） crystal surface play a major role. With the increase of the proportion of O2 molecule in the dissolved oxygen water， the absolute value of the adsorption energy increases， and the interaction of the Fe-based heat transfer surface is stronger. This study explores the influence law of different dissolved oxygen on the Fe base heat exchange surface corrosion， and the base metal corrosion mechanism for experimental study provides a theoretical reference.

Keywords：mass and heat transfer in engineering； first principles； dissolved oxygen water； molecular adsorption； adsorption energy

氧腐蝕是熱力設(shè)備中比較多見的一種腐蝕形式，不但直接造成熱力設(shè)備的損壞、降低設(shè)備的使用壽命，且氧腐蝕產(chǎn)物進入鍋爐等熱力設(shè)備后在受熱面沉積還會引發(fā)其他腐蝕損壞，造成更為嚴重的后果[1]。凝汽器是使汽輪機排汽冷凝成水的一種換熱器，又稱復(fù)水器[2]。凝汽器的材料主要是碳鋼、不銹鋼和銅，其中碳鋼管板用作凝汽器，其管板和管道的焊縫常出現(xiàn)腐蝕泄漏。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氧濃度的變化對金屬的腐蝕起著重要的作用[3]。在對凝汽器換熱管腐蝕行為和生垢進行研究時，通過實驗手段研究金屬腐蝕行為已經(jīng)有相對成熟的技術(shù)流程，但在微觀理論研究方面卻有所欠缺。因此，本研究以溶解氧含量對Fe基換熱表面腐蝕行為的影響為著眼點，采用分子模擬的方法從微觀理論上對此過程進行研究。

張芳英等[4]利用第一性原理計算方法，計算并分析了氧分子在Al（001）面吸附的價鍵結(jié)構(gòu)和局域電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)氧氣在Al（001）面當分子鍵平行于鋁表面時容易被吸附，分子鍵垂直于鋁表面時不容易被吸附。羅志成等[5]研究計算了水分子在Mg（0001）表面的吸附行為，認為吸附過程中表面鎂原子的電子向水分子轉(zhuǎn)移，使鎂表面電位向正方向移動，會使鎂產(chǎn)生鈍化。雷小麗等[6]利用第一性原理對H2O和O2分子在Al（111）表面的吸附性質(zhì)進行了結(jié)構(gòu)、能量和電子分析，系統(tǒng)研究了這2種氣體分子在Al（111）表面的吸附行為及其與Al（111）表面的相互作用機理，通過分析得到H2O和O2分子在Al（111）表面的穩(wěn)定吸附位。趙巍[7]研究了H2O分子在Fe（100），F(xiàn)e（110）及Fe（111） 3個高對稱晶面上的表面吸附，認為H2O分子與Fe表面相互作用時，O原子與基底原子之間的電荷交換使基底Fe原子表面帶負電，導(dǎo)致表面電位降低，促使Fe表面更易于發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。蔡軍等[8]計算了O2分子在LiH表面的吸附，計算了態(tài)密度與布居數(shù)，認為氧氣的氧化腐蝕沒有形成新的氧化物L(fēng)i2O。

考慮到含氧水溶液溶氧水體系中有O2分子與H2O分子，其在Fe基換熱表面的吸附行為是一個復(fù)雜且相互影響的過程，因此很難直接以溶氧體系吸附因子研究溶解氧在Fe基換熱表面的腐蝕行為。而對溶氧腐蝕模擬計算的研究中多是對氧原子或者O2分子、H2O分子的探討，忽略了O2分子和H2O分子之間的相互影響。

溶氧腐蝕屬于氧去極化腐蝕，根據(jù)氧濃度差極化控制的腐蝕類型化學(xué)式[9]為

陽極反應(yīng)：Fe-2e→ Fe2+，

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e →4OH-，

總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O→2Fe2++4OH-。

金屬/溶液界面的雙電層結(jié)構(gòu)是影響腐蝕的一個重要因素。在雙電層結(jié)構(gòu)中，水分子是重要的組成部分，水分子在金屬表面的吸附將對金屬/溶液電化學(xué)體系表面電位的變化產(chǎn)生直接或間接影響，進而影響體系電極電位[10-11]。因此進行吸附狀態(tài)原子尺度上的研究，可以為氧去極化腐蝕反應(yīng)的機理研究提供關(guān)鍵性的信息與理論基礎(chǔ)。本文采用第一性原理計算方法，對O2單分子、H2O單分子和溶氧水體系分別在Fe基換熱表面的吸附進行研究，試圖揭示溶解氧在Fe基換熱表面的吸附方式、成鍵原理和形成產(chǎn)物的趨勢，以期探明不同溶氧量對Fe基換熱表面腐蝕的影響規(guī)律，為實驗研究金屬基體腐蝕機理提供理論參考和依據(jù)。

1計算方法與計算模型

1.1計算方法

本文采用基于贗勢平面波基組的第一性原理計算方法，使用Materials Studio中的Dmol3軟件包計算。采用GGA/PBE近似[12]計算在Fe（001）表面發(fā)生吸附過程中的吸附能量、態(tài)密度、布居數(shù)變化。在計算中，布里淵K點取樣為3×3×1，自洽場循環(huán)收斂到2.0×10-6 eV；Fe屬于IM-3M空間群，晶胞參數(shù)為0.286 4 nm，取其主要生長面（001）晶面建立超晶胞[13]，選用3層Fe 原子p（2×2）的周期性超晶胞結(jié)構(gòu)作為基底結(jié)構(gòu)，O2分子或H2O分子置于表面一側(cè)，表面覆蓋率均為0.25 mL，真空層厚度為10 。O2的O—O鍵長計算值為0.121 0 nm，與實驗值（0.120 7 nm）有較好的一致性。H2O的O—H鍵長、H—O—H鍵角計算值分別為0.097 2 nm和104.51°，與實驗值（0.097 1 nm，104.5°）相符[14]。

1.2計算模型

本文的研究對象是Fe/H2O界面和Fe/ O2界面，抽象到原子層面，可以假定是單分子的 H2O或O2在Fe表面的吸附。設(shè)計計算模型時，基底原子為Fe原子，吸附粒子為H2O或O2分子。對于溶氧水體系以5個分子組成，建立不定型周期箱，通過增加O2分子減少H2O分子來表示O2分子所占比例變化。

如圖1所示，根據(jù)H2O分子在表面穩(wěn)定存在的可能形態(tài)，將H2O分子置于第1層Fe原子上方，起始位置或平行于表面或垂直于表面。此外，H2O分子在表面穩(wěn)定存在的幾何位置可能在頂位、橋位或穴位，以便尋找最終的平衡態(tài)幾何結(jié)構(gòu)。在設(shè)計計算物理模型時，設(shè)計H2O分子在不同的幾何位置進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在頂位（T1/T2/T3）、橋位（B1/B2/B3）或穴位（A1/A2/A3）的基礎(chǔ)上又分為H2O分子平行于Fe表面和垂直于Fe表面，垂直結(jié)構(gòu)又分為氧原子在上（T3/B3/A3）或者氧原子在下（T2/B2/A2），來構(gòu)建吸附構(gòu)型。

氧氣在固體表面的吸附主要有3種吸附模式，如圖2所示：Pauling，Griffith以及雙中心吸附模式[15]，O2的Pauling吸附模式是O2分子垂直吸附于Fe表面頂位（見圖2中的M1）；Griffith吸附模式是O—O鍵的中心位于Fe表面頂位上方，鍵長平行于X軸和Y軸（見圖2中的M2）；雙中心吸附模式位于穴位，O2分子以平行或垂直形式存在（見圖2中的M3和M4）。

對于溶氧水體系以5個分子組成，如圖3所示，利用Amorphous Cell模塊以溫度313 K、密度1 g/cm3建立不定型周期箱，通過增加O2分子、減少H2O分子來表示O2分子所占比例變化。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，為了避免優(yōu)化過程中Fe基體晶格振動的影響，“凍結(jié)”Fe基體下面一層Fe原子，只允許表面Fe原子和O2分子進行弛豫到最優(yōu)化狀態(tài)。

2計算結(jié)果與討論

2.1吸附體系穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與吸附能計算

圖4給出了H2O分子在Fe（001）表面不同初始位置的吸附后幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖。從圖4可以看出，當將H2O分子置于頂位時，體系能量平衡后H2O水分子（T1/T2）平行吸附于Fe原子頂位，并有傾斜的趨勢；當將H2O分子置于穴位時，體系能量平衡后H2O水分子未發(fā)生平移或結(jié)構(gòu)的變化；當將H2O分子置于橋位時，體系能量平衡后H2O水分子在平行位置（B1）向頂位移動并有傾斜趨勢，而在垂直位置H2O分子未發(fā)生平移或結(jié)構(gòu)的變化。

H2O分子、O2分子、溶氧水體系在Fe（001）表面優(yōu)化構(gòu)型和吸附能見表1—表3，自由O2和O-2的鍵長（參考值）見表4。從表1可以看出，T1，T2和B1吸附能大于其他吸附位置，O—H鍵長變化量也同樣大于其他吸附位置。綜上所述，H2O分子在Fe（001）表面最穩(wěn)定吸附位為頂位且趨于平行于表面的形式存在。此外，由于優(yōu)化弛豫過程中H2O分子的鍵長與鍵角發(fā)生不同程度的變化，必然會引起原子間電子結(jié)構(gòu)的變化，從而很可能引起Fe基表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終可能導(dǎo)致H2O-Fe界面間表面電勢差。

氧分子在固體表面的吸附過程有2種可能通道[16-18]：O2→（O2）2-→2O-→2O-2和O2→（O2）- →O-2+O，最終都是以O(shè)-2的形式結(jié)合到氧化物固體中。其中O2+e →O-2為放熱反應(yīng)，放熱量約為0.441 7 eV。由表2和表4可以看出，吸附后O—O鍵長明顯加長，并且吸附后的M1和M4鍵長值與O-2中的O—O鍵長接近，說明在吸附過程中形成了O-2；M2和M3中的O—O鍵長明顯加長有斷鍵趨勢。從圖5和表2可以看出，4種模型中O2分子都有不同程度的下落，向Fe（001）表面靠近，其中M1模型中O2分子垂直下落過程中出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象并與表面Fe原子達到成鍵距離，M2模型中O2分子垂直下落過程中保持與表面平行，最終平行于Fe（001）表面，并且2個O原子分別落在穴位正上方，與表面Fe原子有明顯的成鍵趨勢。同時，氧氣在M1，M2和M3中的吸附能為負值，且都大于0.441 7 eV，表示O2分子能有效在Fe（001）表面發(fā)生吸附[19-20]。吸附能為負，表明氧氣在Fe基（001）表面吸附為放熱反應(yīng)，吸附能大于電子反應(yīng)的吸附能，說明表面Fe原子與O2分子之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，且形成化學(xué)鍵。由此可以證明O2分子在Fe基（001）表面的吸附同時存在Pauling，Griffiths和雙中心3種吸附模式，這3種吸附模式均為化學(xué)吸附，吸附能力強。初步驗證了氧氣極性強，易與金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，而且可以看出Griffiths（M2）吸附模式為最穩(wěn)定吸附模型。

從圖6可以看出，不同氧比例的溶氧水體系在Fe（001）表面吸附時，體系中分子均出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)變形，O2分子和H2O分子中的鍵長有不同程度的拉長。從D2，D3及D4可以發(fā)現(xiàn)O2分子向Fe基表面移動時出現(xiàn)氧原子向Fe基穴位靠近和H2O分子向Fe基頂位靠近的現(xiàn)象。這與H2O單分子和O2單分子優(yōu)化結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果一致，在一定程度上說明含氧水溶液與Fe基表面存在表面吸附，并且水分子更趨向于頂位吸附，氧分子更趨向于Griffiths吸附。表3列出了4種模型中表面優(yōu)化構(gòu)型和吸附能，僅對在表面發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的分子進行研究。結(jié)合表3可以看到，隨著體系中氧所占比例的增加，吸附能的絕對值也隨之增加，說明吸附強度增強。D1吸附體系模型中O2分子的O—O鍵長更接近O-2鍵長，且在其他模型中也存在O—O鍵長更接近O-2鍵長的現(xiàn)象，說明在吸附過程中形成了O-2，這與O2單分子吸附分析結(jié)果相符；D2，D3和D4中，可以看出O2分子與H2O分子鍵長變化明顯，存在斷鍵并且有新鍵生成的趨勢，比如H—O—Fe鍵，說明有OH生成，并與Fe基表面發(fā)生化學(xué)吸附，形成化學(xué)鍵。

式中：Et為吸附體系總能；Eslab為Fe（001）表面的總能；Ex為吸附體系分子總能（H2O分子、O2分子及溶氧水體系）。

2.2表面電子結(jié)構(gòu)與布居分析

前面從O2單分子、H2O單分子和溶氧水體系分別在Fe基換熱表面吸附幾何結(jié)構(gòu)的角度，探討了H2O和O2分子在不同位置與晶面之間的相互作用以及不同溶氧比例的溶氧水體系在Fe基換熱表面的作用。下面從H2O-Fe，O2-Fe和溶氧水體系的界面間電子結(jié)構(gòu)探討H2O和O2分子與基底金屬Fe 的成鍵作用。在對單分子吸附模型研究時分別選用最穩(wěn)定吸附位的構(gòu)型進行研究，即T1和M2模型。由于溶氧水體系模型原子數(shù)較多，故本文僅對有斷鍵或成鍵趨勢的分子進行研究，詳見表5、表6。

從表5可以看出，運用Mulliken原理進行核外電子布居分析，H2O分子表面負電荷增加，H2O分子吸附的頂位Fe原子正電荷增加，有明顯的失電子趨勢。由表5中電荷變化量來看，H2O分子中O原子和H原子在s軌道電子量變化較大，而頂位Fe原子在s，p和d軌道均有電子量的減少。由此推斷H2O分子在Fe（001）表面吸附時促使Fe（001）表面原子失去電子，使電子密度減小。H2O分子與Fe表面的相互作用引起了界面雙電層電荷分布的變化，且H2O分子中O和H原子的s軌道對Fe（001）表面電子結(jié)構(gòu)有一定的影響作用。

從表5還可以看出，吸附后O2分子表面負電荷增加，增加了1.308，這與前面推斷O2分子在Fe（001）晶面吸附能力強，所釋放的能量足以使O2分子得到一個電子相符合；O原子主要在2p軌道靜電荷發(fā)生變化，幾乎使獲得的全部都進入到了2p軌道，由此推斷2p軌道對于O2分子在Fe（001）晶面吸附起主要作用，為成鍵軌道。對于基體表面Fe原子，第1層Fe原子相較于第2層Fe原子的靜電荷變化量明顯，有失去電子趨勢，正電荷增加；Fe原子表面電子的得失主要發(fā)生在4s和3d軌道。綜上說明O2分子在Fe（001）晶面吸附時，促使Fe（001）表面原子失去電子；O2分子與表面Fe原子易于發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，成鍵能力強，促使發(fā)生氧化腐蝕。

從表6可以看出，溶氧水體系在Fe（001）表面吸附后的O2分子表面負電荷數(shù)都有明顯增加，與O2單分子在Fe基表面吸附結(jié)果相似；H2O分子表面正電荷增加，其中O原子負電荷增加，H原子正電荷增加，整體變化量小于O2分子靜電荷變化；表面Fe原子正電荷增加并隨著溶氧水體系中O2分子所占比例增大而增大。從以上信息可以看出，當溶氧水體系在Fe（001）表面吸附時，與基底Fe原子相互作用導(dǎo)致Fe原子表面失去電子，正電荷增加。進一步推斷，溶氧水體系在Fe（001）表面吸附引起界面雙電子層電荷分布的變化，與前面單子吸附結(jié)果具有相似性，且符合陽極反應(yīng)化學(xué)方程：Fe-2e→ Fe2+。表面Fe原子帶的正電荷越多，說明體系與Fe基換熱表面相互作用越強，即隨著溶氧水體系中O2分子所占比例的增大，F(xiàn)e基換熱表面相互作用越強，這結(jié)果與前面分析優(yōu)化構(gòu)型的結(jié)果相符。

2.3態(tài)密度分析

態(tài)密度分析如圖7、圖8所示。

從圖7 a）可以看出，吸附后，H的1s與O的2s軌道電子分布向右移動即向費米能級方向移動（圖中虛線標處），分布在-12～0 eV區(qū)域，且O的2s軌道電子態(tài)密度峰值急劇減少，這與分析Mulliken電荷布居數(shù)時O的2s軌道電子量減少的結(jié)果一致。這種移動現(xiàn)象與電子量的減少說明了基體Fe原子對H2O分子表面電子分布有一定的影響作用，與電荷布居分析結(jié)構(gòu)一致。而對于基體Fe原子，3d軌道電子向費米能級處聚集，峰的數(shù)量減少峰值降低，表明Fe的3d軌道電子量減少，這再一次證明了H2O分子的存在對于基體Fe原子表面電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。

圖7 b）為O2自由基在Fe（001）表面Griffiths吸附的分波態(tài)密度，可以看出，吸附前O2自由基中O的2s軌道電子位于-0.6～-0.5 eV和 -0.3～-0.2 eV區(qū)域，O的2p軌道電子位于-0.6～-0.5 eV，-0.3～-0.2 eV以及-0.1～0.1 eV區(qū)域。Fe的3d軌道電子位于-5～1 eV區(qū)域，4s軌道電子位于-5～0 eV，3p軌道電子位于-9～0 eV區(qū)域。吸附后，O的2s軌道電子向左移動，分布于-18 eV附近，2p軌道電子同樣向左移動，分布于-7～-4 eV區(qū)域，并出現(xiàn)展寬。Fe的4s軌道電子分布在-8～0 eV區(qū)域，出現(xiàn)展寬，并且在-7～-4 eV區(qū)域與O的2p軌道電子出現(xiàn)重合交疊現(xiàn)象，這說明Fe的4s軌道電子與O的2p軌道電子之間存在微弱的共軛，對O2在Fe（001）表面的吸附作用有一定的貢獻，這與前面分析Mulliken電荷布居數(shù)時，O的2p軌道對于O2分子在Fe（001）晶面吸附起主要作用，與成鍵軌道的推斷相一致。而Fe的3p軌道電子變窄分布在-6～0 eV區(qū)域，O2的2s軌道雖然在-20～-18 eV區(qū)域提供電子，但Fe在此處的態(tài)密度為0，故O的2s軌道不參與成鍵；吸附后費米能級附近的成鍵軌道特征峰變寬，離域性增強，成鍵增強。這進一步表明，吸附后的成鍵態(tài)是Fe的4s，3p部分電子與O的2p軌道電子的混合態(tài)，這些電子的能級相近，O原子與表面的Fe間形成化學(xué)鍵是完全可能的。

對比圖7，從圖8可以發(fā)現(xiàn)，溶氧水體系中的O2分子與單個O2分子在吸附前的O原子分波態(tài)密度具有很高的相似度，而溶氧水體系中的O原子的2p軌道尖峰更明顯，且峰與峰之間距離加大分布更加分散，而且隨著體系中O2分子比例的增大，這種趨勢就更加明顯。單從圖8可以看到，吸附后，O2分子中的O原子的2p軌道均向右移動，但在費米能級處的2p軌道尖峰向左移動，2s軌道均向左移動，同時H2O分子中的O原子的2s，2p以及H原子的1s軌道均向右移動。原子的分波態(tài)密度峰值的變化與各軌道的移動都說明了溶氧水體系在Fe基表面吸附對界面間的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，隨著體系中O2分子比例的增大對H2O分子表面的電子結(jié)構(gòu)影響增強。吸附后，基體表面Fe原子軌道峰值減小，峰數(shù)量減少，3d軌道電子向費米能級處聚集。Fe原子的4s軌道在-9～-3 eV區(qū)域與O2分子和H2O分子中O的2p軌道出現(xiàn)重合交疊現(xiàn)象，這說明Fe的4s軌道電子與O2分子和H2O分子中O的2p軌道電子之間存在共軛。此外，在-3～0 eV區(qū)域，O2分子的2p軌道與Fe原子3p軌道存在交疊現(xiàn)象。

結(jié)合單分子吸附的態(tài)密度分子，推斷單個H2O分子的存在對于基體Fe原子表面電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，使表面正電荷增加，而O2分子的存在又對H2O分子的表面電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，隨著體系中O2分子比例的增大，影響更加明顯。Fe的4s軌道電子與O2分子和H2O分子中O的2p軌道電子之間存在共軛，吸附后的成鍵態(tài)是Fe的4s，3p部分電子與O的2p軌道電子的混合態(tài)，這些電子的能級相近，進而說明O原子與表面的Fe間完全可能形成化學(xué)鍵。

3結(jié)論

以溶解氧含量對溶解氧在Fe基換熱表面腐蝕行為的影響為著眼點，采用第一性原理計算方法，對O2單分子、H2O單分子和溶氧水體系分別在Fe基換熱表面的吸附進行研究，通過計算和分析，得出以下結(jié)論。

1）H2O分子在Fe（001）表面的最穩(wěn)定吸附位是頂位并平行于表面的形式存在，H2O分子在Fe（001）表面吸附而相互作用時，引起了界面雙電層電荷分布的變化，使Fe原子失電子帶正電，導(dǎo)致表面電位變化，易于發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

2）O2分子在Fe（001）晶面吸附時，促使Fe（001）表面原子失去電子，表面正電荷增加；O2分子與表面Fe原子易于發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，其中O原子的2p軌道對于O2分子在Fe（001）晶面吸附起主要作用，吸附后費米能級附近的成鍵軌道特征峰變寬，離域性增強，成鍵增強，促使發(fā)生氧化腐蝕。

3）含氧水溶液中溶液與Fe基表面存在表面吸附，并且水分子更趨向于頂位吸附，O2分子更趨向于Griffiths吸附。隨著體系中氧所占比例的增加，吸附能的絕對值也隨之增加，吸附強度增大。溶氧水體系在Fe（001）表面吸附引起界面雙電子層電荷分布的變化，使Fe原子表面帶正電，且符合陽極反應(yīng)化學(xué)方程：Fe-2e→ Fe2+；溶氧水體系中O2分子所占比例越大，表面Fe原子帶的正電荷越多，與Fe基換熱表面相互作用越強。

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