第一性原理对M@B_(12)N_(12)(M=Sc-Zn)团簇结构和性质的研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理对M@B_(12)N_(12)(M=Sc-Zn)团簇的几何、电子结构,电偶极性和红外吸收光谱进行详细的研究.结果显示:当B_(12)N_(12)团簇内嵌过渡金属原子后,虽然结构稳定性稍稍降低,但其化学活性得到提高,摩尔体积明显增大.过渡金属原子与B_(12)N_(12)结合的过程中,除Cu和B原子外,剩余金属与N原子的Mulliken电荷出现负值.另外,金属原子的加入,不仅增加电偶极矩和极化率的值,还促使其红外吸收光谱发生红移.

Fe_(n)Co_(55-n)与Co_(n)Mo_(55-n)(n=0~55)团簇基态的能量与结构演化

采用半经验的Gupta多体势函数结合遗传算法及分子动力学淬火算法,系统研究了Co_(n)Mo_(55-n)(n=0~55)与Fe_(n)Co_(55-n)(n=0~55)团簇的基态结构与能量.通过分析基态结构的相似函数、质心间距、平均键长、平均原子配位数、平均结合能、混合能与二阶差分能.探究了团簇基态的结构特征及稳定性与团簇所含元素种类及组分的关联.结果表明:对Co-Mo混合团簇,随Co原子数目增加,Co原子依次占据团簇中心与最外层顶点,混合团簇逐渐出现组分偏析与无序现象;对Fe-Co混合团簇,基态结构主体上均体现为围绕Mackay二十面体构型的结构畸变,随Fe原子含量增加,Fe原子先占据团簇外表面顶点位置直到全部包裹Co原子,逐渐形成核壳式结构;Co_(13)Mo_(42)与Fe_(42)Co_(13)是幻数结构团簇,研究发现组分效应导致的团簇高对称性相比团簇平均键长与平均原子配位数更能解释幻数结构的成因.

Fe_(n)Mo_(38-n)(n=0-38)及Fe_(n)Mo_(55-n)(n=0-55)双金属团簇的结构演化和基态能量

基于半经验的Gupta多体势,采用遗传算法及分子动力学淬火算法,系统研究了(FeMo)m(m=38及55)双金属团簇的基态结构及其能量.结果表明:对于Fe_(n)Mo_(38-n)(n=0-38)团簇,随Fe原子数的增加,Fe原子优先占据团簇表面再占据内部,其基态构型存在类O_(h)结构、类I_(h)结构和无序结构间的竞争.对于Fe_(n)Mo_(55-n)(n=0-55)团簇,随Fe原子数的增加,Fe原子优先占据团簇中心位置,再依次占据表面顶点、棱边和次外层,双金属团簇基态构型主要体现为在Mackay二十面体基础上的结构畸变.Fe_(24)Mo_(14),Fe_(13)Mo_(42)和Fe_(43)Mo_(12)为幻数结构团簇,研究发现双金属团簇幻数成因不能通过单质团簇常用的平均配位数和平均键长模型解释,它更多的归咎于组分效应导致的结构高对称性.

金纳米团簇在致病菌检测中的应用研究进展

致病菌是危害食品安全和公共卫生的重要因子之一,快速、准确检测致病菌对民生健康和社会稳定具有重要意义。近年来,由于传统方法存在着过程烦琐、灵敏度低、检测类型单一等弊端,研究者们通过多种手段合理地改性纳米团簇,已开发了各类荧光传感器用于致病菌的快速、准确检测。本文重点阐述了金纳米团簇的物理化学特性,从金纳米团簇与目标菌的不同作用方式出发,通过直接和间接反应两个角度归纳了金纳米团簇用于致病菌检测的最新研究进展,并对其存在的不足以及未来可能的发展方向进行讨论和展望,旨在为金纳米团簇在致病菌快速检测领域提供参考。

定向电场下W_(6)C_(6)团簇的超卤素调制及非线性光学特性

本文采用密度泛函(DFT)方法研究了定向外电场(OEEF)对W_(6)C_(6)团簇几何结构、电子性质以及非线性光学响应(NLO)的影响.计算结果表明W_(6)C_(6)的结构在一定OEEF强度下可以保持稳定.OEEF可以增大W_(6)C_(6)团簇的电子亲和能(EA值),且在特定强度下,OEEF可以将W_(6)C_(6)团簇转变为超卤素.通过对EA值的非线性拟合可以实现对W_(6)C_(6)团簇的连续调制.进一步对不同外电场下W_(6)C_(6)团簇的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)能级进行分析,发现OEEF降低了W_(6)C_(6)团簇LUMO能级是其EA值增大的主因.此外,OEEF可以显著增大W_(6)C_(6)团簇的平均极化率和第一超极化率,尤其是第一超极化率,改变其非线性光学性质.

Ru团簇对Ni/Ni_(3)Al合金纳米线形变影响的原子模拟

镍基高温合金是制造先进航空发动机热端部件的关键材料之一,其高温力学性能直接关系到发动机运行安全和使用寿命.本文采用改进分析型嵌入原子模型(MAEAM)和分子动力学(MD)研究合金化元素钌(Ru)团簇对Ni/Ni_(3)Al纳米线形变机制的影响,结果表明:在单轴拉伸应变下,纳米线的弹性模量和屈服强度随温度升高而降低.温度较低时,纳米线形变由位错产生与发射而导致晶格滑移所引起.由于晶格热振动非谐效应不明显,Ru团簇阻碍效果显著,使得晶格滑移区域仅限于Ru团簇与Ni/Ni_(3)Al相界面之间且呈非对称分布.温度较高时,纳米线的形变由位错发射而引起晶格滑移所致,但因非谐效应显著,Ru团簇无法阻碍位错运动,滑移区域在Ru团簇周围对称分布于Ni_(3)Al相中.最后从Ru团簇微观结构及其稳定性的角度进一步分析其对纳米线形变影响.

超碱NLi_(4)团簇修饰DHQ石墨烯的储氢性能研究

基于第一性原理计算,系统研究了超碱NLi_(4)团簇修饰在DHQ石墨烯表面上的几何结构及吸附能等性质,并深入探索了其储氢性能.研究结果表明:超碱NLi_(4)团簇可以稳定均匀地吸附在DHQ石墨烯表面,Li原子与N原子的强结合能有效避免了Li原子发生团聚.每个NLi_(4)团簇周围最多可吸附11个氢气分子,平均吸附能为0.20 eV,最大储氢容量为12.05 wt%,达到美国能源部制定的2025年储氢目标5.5 wt%.最后,基于相对能量计算,发现当压强大于84 bar时,该储氢体系可以在室温下稳定存在.以上结果表明经超碱NLi_(4)团簇修饰的DHQ石墨烯是一种有潜力的储氢材料.

基于深度学习方法分类红团簇星与红巨星分支恒星

为了获取更纯净的红巨星样本,采用基于深度学习的方法对来自APOGEE-2的2万多颗星的演化类型进行了分类;使用APOKASC-2中的4216颗星为训练集,将神经网络训练出的模型应用到红巨星分支恒星和红团簇星的分类中;以APOKASC-2中的1807颗星为测试集,模型应用到测试集的结果显示,该方法的均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别是4%、20%、9%。接着将模型应用到来自APOGEE-2的2万多颗星,得到结果的均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别是5%、24%、8%。此外,分析使用了LAMOST DR7的数据进行测试,结果显示此方法的准确率目前能达到98%。通过对比,我们的方法与部分其他分类方法的准确率基本一致。未来可以将此方法应用于更大样本的红巨星分支恒星和红团簇星的分类工作。

金-硫团簇负离子组成特征的探讨

报导了金 /硫靶在静态二次离子质谱实验条件下形成的组成通式为 Au1－ 15S0－ 5的团簇负离子 .其中 ,Aun组成系列具有典型的奇数优势 ,属于金的一元团簇负离子 .其余组成系列（ Au1－ 15S1－ 5）则属于金-硫二元团簇负离子 .研究发现 ,金-硫团簇负离子具有以下与组成密切相关的特征 :（ 1）它们继承了金一元团簇负离子的奇数优势 ;（ 2）它们中硫原子数仅限于 5,而金原子数则在较大范围变化 ;（ 3）它们完全没有多数其它金属与非金属（包括硫）二元团簇正 /负离子共有的 MenNn型组成优势 ;（ 4）它们以上组成特征及其它细节恰似碳-磷这样的典型非金属二元团簇正 /负离子 .基于这样的组成特征可提出 ,金-硫团簇负离子在构成上包含着相对完整的金一元团簇组件 ,在形成机制上源于金一元团簇与硫一元团簇（或称为 :限于五原子的多硫单元）之间的再团簇化 .关于再团簇化机制中的相互作用问题 ,即两类团簇间是依靠末端原子交叉成键还是依赖两类团簇中异种原子之间静电诱导力等"非共价键"作用的问题 ,则有待于今后研究证实 .

小金团簇的基态结构和能量

应用遗传算法和Gupta势对小金团簇的结构进行了优化计算 ,分析讨论了基态结构和能量随团簇尺寸的变化规律 ,发现Au13 为二十面体以及Ann 在n≥ 16时呈现非晶无序结构的特征 .

H_7^+团簇离子及其中性团簇产物H_4和H_5

报道了H+7团簇的实验研究结果,从H+7的分解能谱发现,可能存在H4和H5等中性团簇产物.分析讨论了H+7的形成方式和可能的分解途径.

基于级联碰撞缺陷数据库的源项对辐照微结构演化影响团簇动力学模拟研究

团簇动力学(CD)方法是模拟核材料在高能粒子辐照下微观结构演化的重要方法之一,源项是团簇动力学方法的关键输入。经典CD方法中源项通常采用经验拟合得到,未能充分利用原子尺度获得的初始缺陷信息。随着分子动力学等方法的发展,级联碰撞缺陷数据库大为丰富,结合初级离位原子(PKA)能谱足以得到更为合理的源项。由于级联碰撞缺陷数据库的能量值数量相对于准连续PKA能谱仍然偏少,本文提出了5种从准连续PKA能谱得到级联能量分立值的抽样算法,并基于团簇动力学方法模拟低剂量中子辐照纯钨实验对算法进行了验证和比较。

强吸收纳米粒子团簇的光泳力悬浮及热泳力下的迁移行为

为了探索空气中强吸收纳米粒子团簇在激光作用下的悬浮以及迁移行为,提出采用反向传输的双贝塞尔光束对纳米粒子团簇进行捕获及悬浮,而后释放团簇,观察和计算分析团簇的迁移行为.两束贝塞尔光束由锥透镜和偏振分光方式产生,进行反向水平布置,形成三维光阱,光阱刚度可通过调节两束贝塞尔光束的功率比进行控制.悬浮室内的粒子通过微弱气流进行流化,而后被光阱捕获和悬浮.采用高速摄像仪对团簇的悬浮及迁移过程进行记录,然后通过图像分析来获取粒子运动参数.以强吸收性超细煤粉粒子团簇为对象,首先对其进行悬浮和释放迁移的实验研究,而后对团簇所受的光泳力、重力、浮力、曳力以及热泳力进行计算和分析.实验和计算的结果表明:强吸收性纳米粒子团簇在激光作用下产生的光泳力占主导作用;团簇能够被稳定地悬浮在反向传输的双贝塞尔光束形成的三维势阱中,通过调整悬浮的位置而达到与重力、浮力、曳力等的动态平衡;利用悬浮的相对不稳定度分析评价强吸收性粒子团簇的稳定性,超细煤粉粒子团簇的最小相对不稳定度可达0.075;通过对团簇释放后的高速图像进行分析,可获得团簇的迁移运动参数,从而测量出团簇所受的热泳力;对于等效粒径为13—21μm的超细煤粉粒子团簇,其热泳力量级为10-11—10-10N,随着团簇粒径的增大,热泳力线性增大,与理论计算结果趋势一致.通过利用激光对粒子进行悬浮和释放的方式为热泳力的测量和研究提供了一种新的研究思路,也为气体介质中粒子的控制和输运展现了一种新的操控手段.

贝氏体钢时效处理富Cu团簇析出特点及其第一性原理计算

研究低碳贝氏体钢(15Cr12CuSiMoMn)时效处理过程中富Cu团簇的析出演变特点,并基于第一性原理计算,采用特殊准随机结构(Special quasirandom structures,SQS)、Solid-State Nudged Elastic Band(SSNEB)方法构建Fe-Cu二元体系的无序固溶体结构模型,模拟计算相变能量路径,分析并表征析出相析出演变规律与模拟计算之间的相互联系。结果表明,实验钢在指定温度(500℃)进行时效热处理,时效处理各阶段实验钢中弥散析出约2.6~53 nm的富Cu团簇,以共格、非共格状态存在于基体中,经模拟计算,BCC-Cu向9R-Cu转变过程中需在开始阶段克服8.9 meV的能垒,之后从9R-Cu向孪晶FCC-Cu+9R-Cu结构转变过程中需要克服4.9 meV的能垒,非稳态BCC富Cu团簇与稳定态的FCC Cu之间具有0.14 eV/atom的形成能差,当Cu含量超过21.6%(原子分数)后,富Cu团簇从BCC结构不断向稳定的纯FCC-Cu结构演变。从能量角度分析了富Cu团簇析出倾向,解释了富Cu团簇的析出惯序,有利于优化贝氏体组织,为含Cu贝氏体沉淀钢的深入研究及相关领域的开发拓展提供理论参考依据。

金属纳米团簇的模板合成及其在食品中的应用进展

金属纳米团簇(Metal Nanoclusters,MNCs)因其独特的物理化学性质,在食品安全领域显示出极大的应用潜力。通过模板合成法,可实现MNCs特定尺寸、形状和分散性的调控,进而提升其功能特性。本文结合近年来关于金属纳米团簇的研究,主要综述了模板辅助合成金属纳米团簇的机制及其在食品污染物检测、食品包装材料、抗菌剂和食品添加剂检测方面的应用,为模板法合成金属纳米团簇提供可参考的科学依据,为金属纳米团簇在食品安全监测领域提供见解和方向。

Er掺杂PbF_(2)晶体的局域团簇结构与光谱性能研究

本文采用Bridgman法成功生长了一系列Er∶PbF_(2)晶体。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算详细研究了Er^(3+)在PbF_(2)晶体中的团簇效应。首次获得了Er∶PbF_(2)晶体的上转换发光特性(发光强度、颜色变化)与团簇结构之间的关系。研究发现,随着Er^(3+)浓度增加,团簇从单聚体向高阶构型演化,Er^(3+)离子之间的距离先减小后增大,这使得上转换发光中的红色发射强度先增大后减小,红绿发光比也在Er^(3+)浓度高于6.5%(摩尔分数)后逐渐减小,即发光颜色可以从红色调整为黄绿色。该研究证明了稀土离子团簇的结构演化可以调控Er∶PbF_(2)的光谱特性,为多色发光材料的设计提供一种新方法。

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件,采用密度泛函理论,对Mon(n=2-13)及MonC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级,对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明,Mon团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知,n=6,9时Mon团簇的稳定性较高,n=4,7,10时MonC团簇的稳定性较高.

Ag_(n-1)Si(n=5-10)团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Ag_(n-1)Si团簇(n=5-10)的几何结构和物理性质.首先得到体系最低能量结构,其中Ag5Si和Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低.通过分析相应结构的能隙,平均结合能,二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性,使团簇更加紧凑.在团簇尺寸n=5-10的范围里,拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点.通过分析Ag_(n-1)Si团簇(n=5-10)的差分电荷发现,电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间,Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用,是团簇稳定性增强的重要原因.

金属杂氮团簇FeN^(+)_(n)、CoN^(+)_(n)和NiN^(+)_(n)的生成及光解

为了制备新型高氮含量的原子簇材料,分别将金属铁、钴和镍粉末与氮化硼制成的底物,经波长532nm激光溅射生成了杂氮团簇FeN^(+)_(n)、CoN^(+)_(n)和NiN^(+)_(n),并采用波长266nm激光进行了光解。结果表明,不同底物生成的金属杂氮团簇具有不同特点:3种金属杂氮团簇最高含氮原子数分别为8、12和8;铁杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇,其中FeN^(+)_(8)离子峰强度较高;钴杂氮团簇有4种偶数氮原子团簇,团簇离子峰相对强度从6到8随氮原子数增加而提高、从8到12随氮原子数增加而降低,其中CoN^(+)_(8)离子峰强度最高;镍杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇NiN+6和NiN^(+)_(8),其离子峰相对强度随氮原子数增加而增高;FeN^(+)_(8)、CoN^(+)_(8)和NiN^(+)_(8)光解通道分别为1个、1个和2个,对应的光解产物分别为Fe^(+)、Co^(+)及Ni^(+)和NiN^(+)_(2)。

H_n^+(n=9,11,13)团簇离子的实验研究

报道了关于H+9,H+11和H+13团簇离子的实验研究结果.分析讨论了H+9,H+11和H+13团簇离子的形成和可能的分解途径.