碱土金属叠氮化合物(MgN_6)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(MgN6)n(n=1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究。结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,MgN6团簇最稳定结构为直线型;(MgN6)2团簇最稳定结构为Mg2N2四元环平面结构;(MgN6)n(n=3～5)团簇最稳定结构是由2个叠氮基与2个Mg原子首先构成近似菱形,再由近似菱形延伸形成的链状结构。叠氮基中间的N原子显示正电性,两端的N原子显示负电性,且与Mg直接作用的N原子负电性更强,金属Mg原子和N原子之间形成很强的离子键。(MgN6)n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分,其最强振动峰均位于2209～2313cm-1,振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动。稳定性分析显示,(MgN6)3和(MgN6)5团簇相对于其他团簇较为稳定。

外吸附CO过渡金属团簇Pd_5(CO)_n(n=1～6)的几何结构、电子性质、前线轨道和磁性的密度泛函计算研究

本文采用密度泛函理论中的广义梯度近似对过渡金属团簇Pd_5(CO)_n(n=1～6)的几何结构、电子性质、前线轨道和磁性进行计算研究,由结构优化可知:当CO分子的C原子吸附在面桥位时形成的单重态Pd_5CO结构热力学最稳定,和Zanti等人(Eur.J.Inorg.Chem.2009,3904)得到的结论一致.Pd_5(CO)_2和Pd_5(CO)_3最稳定结构中,第二个和第三个CO分子都吸附在边桥位,而第一个CO分子吸附在面桥位.但是对于最稳定的Pd_5(CO)_n(n=4,5,6),所有的CO分子都位于边桥位.从吸附能的角度看,Pd_5(CO)_2应该是最容易得到的吸附产物.由能隙可知:Pd_5(CO)_n(n=1～6)的动力学稳定性相比较Pd_5有所增加,但是并不会随着CO分子数目的增加而呈现递增或者递减的规律.其中Pd_5(CO)_3具有最好的动力学稳定性.CO在Pd_5上发生非解离性化学吸附,CO健的强度变化逐渐变小.CO对HOMO和LUMO贡献很小,使得HOMO和LOMO的成分发生一定的改变.由VIP和VEA计算可知:随着CO数目的增加,Pd_5(CO)_n(n=1～6)的失电子能力逐渐降低,而得电子能力逐渐增强.Pd_5具有2_(μB)的磁矩,但是Pd_5(CO)_n(n=1～6)的磁性完全淬灭.

基于HCR放大的无标记型荧光传感器的构建及H5N1 DNA检测

对于高致病性H5N1禽流感病毒,构建检测该病毒的高灵敏生物传感器,并与智能包装相结合用于实时监测,这对禽流感的防控具有重要意义。基于杂交链式反应(HCR)信号放大策略,以AgNCs作为荧光信号基团,构建了一种无标记“turn on”型荧光生物传感器用于检测代表H5N1病毒的H5N1基因序列。该传感器以H5N1 DNA作为触发剂引发HCR过程,使AgNCs产生强的荧光信号变化。研究表明,当H5N1 DNA浓度在0.2~800.0 nmol/L内,该传感器具有良好的响应信号,且在0.2~200.0 nmol/L之间的荧光强度与H5N1 DNA浓度呈线性相关,线性方程为y=10.982C+567.435(R^(2)=0.99273),检测限为176 pmol/L。核酸传感体系具有通用性,通过简单调整目标序列,可实现对不同目标物的特异性灵敏检测。该研究有望为高灵敏分析禽流感病毒标志物的通用传感平台设计提供思路。

RuSi_n(n=1～6)团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在（U）B3LYP/Lan L2DZ水平研究了Ru Sin（n=1~6）团簇体系的稳定结构及电子性质.结果发现：Ru Sin（n=1~6）团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,Ru Si6团簇是Ru Sin（n=1~6）团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,Ru Sin（n=2,4~6）团簇的最低能结构出现电荷反转现象.HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且Ru Si的化学活性是Ru Sin（n=1~6）团簇最强的.通过对团簇磁矩的研究发现,Ru Si和Ru Si3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且Ru Sin（n=1~6）团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.

(K_3N)_n(n=1,…,5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311G*水平上对碱金属氮化物(K3N)n(n=1,…,5)团簇各种可能构型进行几何结构优化,预测各团簇的最稳定结构,并对其成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行分析研究.结果表明,随着n的增大,(K3N)n(n=1,…,5)团簇的最稳定结构逐渐由平面结构向空间立体结构转变,(K3N)4、(K3N)5团簇为类似晶体的层状结构;团簇中N原子的配位数以5、6较多见;团簇中N原子的平均自然电荷为-1.608e,K原子的平均自然电荷为+0.550e,K-N键为较强的离子键;(K3N)4团簇有相对较高的动力学稳定性.

[Ca(NH_2)_2]_n(n=1～5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对[Ca(NH2)2]n(n=1～5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明:团簇易形成环状结构,以金属Ca原子团簇作为骨架,NH2基结合在金属团簇骨架上,并主要是Ca—N成键和Ca—Ca成键.团簇中Ca—N键长为0.225～0.257nm,Ca—Ca键长为0.312～0.354nm,N—H键长为0.102～0.103nm,H—N—H键角为102.9°～104.2°;团簇中Ca原子的自然电荷在1.657e～1.720e之间,N原子的自然电荷在-1.543e～-1.592e之间,H原子的自然电荷在0.349e～0.367e之间,Ca原子和NH2基之间相互作用呈现较强的离子性;对比团簇和晶体的结构及IR谱表明,NH2基在团簇和晶体中的结构基本一致。

Nb_2 Si_n^+(n=1～6)团簇的密度泛函理论研究

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了Nb2Sin+(n=1～6)团簇的几何结构和电子性质.结果发现最低能Nb2Sin+团簇除了n=5,6发生了微小畸变外,其余基本保持了相应的中性Nb2Sin[(n=1～6)]团簇的结构.且除了Nb2Si+团簇外,所有的最低能结构都是自旋二重态,电子态也都为2A;由原子平均束缚能和分裂能可知,Nb2Sin+团簇的热力学稳定性比相应的Nb2Sin团簇[(n=1～6)]强,说明失去一个电子增加了团簇的热力学稳定性.且Nb2Si3+团簇的热力学稳定性是Nb2Sin+(n=1～6)团簇中最强的.从绝热电离势(AIP)和垂直电离势(VIP)的结果发现,由于VIP与AIP差值很小,说明Nb2Sin+团簇和Nb2Sin团簇[(n=1～6)]结构的构型相同.Nb2Si团簇的AIP值具有最小值6.623eV,表明在实验上很容易得到它们的阳离子形式且在质谱中可观测到较高的峰值.对HOMO-LUMO能隙的研究表明与相应的Nb2Sin(n=1～6)团簇相比,Nb2Sin+(n=1～6)团簇的HOMO-LUMO能级除了n=2,6外普遍增大,说明Nb2Sin+团簇的化学稳定性强于Nb2Sin团簇[(n=1～6)],并且除了Nb2Si3+团簇外都是半导体性的.由Mulliken电荷布局得出团簇的总磁矩和原子局域磁矩,表明Nb2Si+团簇的总磁矩最大,为3.0μB,呈现为铁磁质.硅原子则在不同的团簇中表现为顺磁性或抗磁性.

W_nC^(0,±)(n=1,…,6)团簇结构与电子性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP在Lanl2dz基组水平上对WnC0,±(n=1,…,6)团簇的各种可能构型进行几何结构优化,得出它们的基态构型,并对基态构型的稳定性和电子性质进行理论研究.结果表明,当n>3时,稳定构型从平面转变成立体结构,同时C原子趋向于表面最稳定;C原子的掺入使得Wn团簇的稳定性增强,其中W3 C团簇稳定性最高,可看作WnC0,±(n=1,…,6)团簇的结构基元;通过比较WnC与纯Wn团簇的垂直亲和能(VEA)和垂直电离能(VIP)可知,WnC团簇更易得到电子,非金属性增强.

Be_n(n=1～6)团簇吸附H_2的密度泛函研究

采用密度泛函广义梯度近似(GGA)的PW91方法,用全电子基组DNP对Ben(n=2～6)团簇几何结构进行优化,计算了团簇的总能、平均结合能、振动频率、最高已占据轨道能级、最低未占据轨道能级、能隙、垂直电离势和垂直亲和势。在Ben(n=1～6)团簇的顶位、桥位和穴位吸附H2后,进行了吸附物的几何优化和能量计算,得到最佳吸附位,并计算了吸附前后的总态密度和Mulliken电荷布居。结果表明:团簇中Be原子数增多,稳定性增强;吸附H2的吸附能处于0.0061982～0.0089722a.u.之间;随着Be团簇原子数量增加,与H的s-p杂化程度增强;吸附位对应的电荷转移量越大,吸附越牢固。

PtIr_n^(0,±)(n=1～5)团簇电子结构与振动光谱的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对PtIrn0,±(n=1～5)团簇基态构型的自然键轨道(NBO)、光谱、芳香性和极化率进行理论研究.结果表明:团簇形成过程中Pt得到电荷,而对于Ir原子,电荷有得有失,部分Ir原子失去的电荷转移到Pt原子及其它Ir原子上;原子数较多的团簇红外(IR)光谱和Raman谱中出现较多的振动峰,其中PtIr4-团簇的IR光谱及Raman光谱的振动峰最强;团簇PtIr3、PtIr5、PtIr5+具有芳香性;PtIrn0,±(n=1～5)团簇原子间的成键相互作用随n的增加而增强,团簇PtIr3、PtIr5+电子结构相对不稳定,离域效应较大,阴离子团簇的电子结构的稳定性随着原子数增加逐渐增强,离域效应逐渐减小.

W_6Si_n^(0,±)(n=1,2)团簇结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP,在Lanl2dz基组水平上对W6Sin0,±(n=1,2)团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出了它们的基态构型,并对基态构型的芳香性、磁性及NBO轨道进行了系统的理论分析.结果表明:所有的W6Sin0,±(n=1,2)团簇的基态及亚稳态结构都为立体几何结构,Si-Si之间不成键;aW6Si20,±团簇具有芳香性,其中aW6Si2团簇的芳香性最强;电荷由Si原子向W原子转移;aW6Si1团簇无磁性,aW6Si1+,aW6Si20,±团簇具有弱的铁磁性,aW6Si1-团簇具有弱的反铁磁性;aW6Si20,±团簇比aW6Si10,±团簇的总磁矩大.

Cd_nO_n(1≤n≤16)团簇光谱与电子性质的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论对CdnOn(1≤n≤16)团簇的吸收光谱,能隙(HOMO-LUMO)及电子性质进行了模拟分析.结果表明,当n≤3时,团簇的最低能量结构为平面结构,当4≤n≤16时,团簇的最低能量结构为三维笼状结构.随着CdnOn(1≤n≤16)团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应.团簇CdnOn(3≤n≤15)的吸收峰主要集中在可见光区.团簇的对称性越高,团簇的吸收峰越集中.

(KN_3)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311G~*基组水平上对(KN_3)_n(n=1～5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究.结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,KN_3团簇最稳定结构为直线型,(KN_3)_n(n=2～3)团簇最稳定结构为环形结构,(KN_3)_n(n=4～5)团簇最稳定结构是由(KN_3)_2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构.N—N键键长在0.1156～0.1196nm之间,N—K键键长在0.2357～0.2927nm之间;叠氮基中间的N原子显示正电性,两端的N原子显示负电性.且与K原子直接作用的N原子负电性更强,金属K原子与N原子之间形成离子键.(KN_3)_n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180～2230cm^(-1),振动模式为叠氮基中N—N键的反对称伸缩振动.稳定性分析显示,(KN_3)_3团簇具有相对较高的动力学稳定性.

Pt_nN^(0,±)(n=1～5)团簇结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ赝势基组水平上对PtnN0,±(n=1～5)团簇进行了几何结构优化,得到了基态构型,并对基态构型的稳定性和能隙进行了理论分析.结果表明:对于PtnN0,±(n=1～5)团簇,从平均结合能角度看,中性和阳离子团簇随着原子个数的增多,平均结合能呈现依次增长的趋势,表明热力学稳定性越来越好.对于阴离子团簇,Pt2N-和Pt3N-平均结合能最大,表明热力学稳定性最好.从能隙角度看,PtN的化学活性最强,PtN-的化学稳定性最强.

（OsH_2）_n（n=1~5）团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用密度泛函理论,在广义梯度近似（GGA）下对（Os H2）n（n=1~5）团簇的可能构型进行几何参数全优化,得到基态结构,并对基态结构的平均结合能（Eb）、能量二阶差分（Δ2E）、磁矩和态密度等进行计算.结果表明：（Os H2）n（n=1~5）团簇趋向于形成空间三维结构,Os与H之间有较强的相互作用,并且Os H2的基态结构可以看作是（Os H2）n（n=1~5）团簇结构的基本组成单元;（Os H2）4团簇稳定性较好,只有（Os H2）5基态结构呈反铁磁性耦合,团簇的磁矩主要来源于Os原子的d轨道.

PtIr_n^(0,±)(n=1～5)团簇结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的b3lyp方法,在lanl2dz基组水平上对PtIrn0,±(n=1～5)团簇的各种可能构型进行几何参数全优化,得到它们的基态构型,并对其稳定性进行计算研究.结果表明:PtIrn0,±(n=1～5)团簇存在多种异构体,在原子数较少时均为二维平面结构,随着原子数的增加其基态结构变为三维结构;团簇的热力学稳定性随着原子个数的增加越来越好,PtIr3+团簇稳定性最好,与纯Ir团簇相比,PtIrn(n=1～5)团簇更易得到电子,非金属性增强;Ir原子对团簇的稳定性起到了主导作用.

(SiC)_n(n=1～5)团簇的结构与性质的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法，在6—31G＊基组水平上对（SIC）n（n=1～5）团簇各种可能的构型进行了几何结构优化，预测了各团簇的最稳定结构．并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究．结果表明t（SiC）。团簇形成碳原子骨架，而硅原子生长在碳原子骨架上；在Si和C相互作用形成团簇的过程中，Si原子向C原子有电荷转移，团簇中原子间相互作用呈现共价型；SiC、（SIC）5团簇有相对较高的动力学稳定性；团簇稳定结构的IR最强振动主要是C—Si键的伸缩振动，Raman较强振动均来自C—C键的伸缩振动．

Ni^+Ne_n(n=1-7)和Ni^+Ar_n(n=1-6)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+G(d)基组水平上对Ni+Nen(n=1-7),Ni+Arn(n=1-6)团簇的各种可能构型进行了几何优化,得到了团簇的最稳定结构,并对最稳定构型的电子结构、电荷分布进行了理论分析.结果表明:当团簇离子n≤4时为平面构型,n>4时为立体构型.同时,能量分析和自然键轨道(NBO)分析表明Ni+Nen团簇的稳定性不如Ni+Arn.

(HgSe)n(n=1～6)团簇结构和性质的密度泛函研究

本工作采用LANL2DZ赝势基组、B3LYP方法对（HgSe）n（n=1~6）团簇进行了结构优化、自然键原子轨道和频率计算,得到（HgSe）n（n=1~6）团簇基态的平衡几何结构、电子状态、垂直电离势、垂直电子亲和势、偶极矩、三个基本热力学函数等相关性质,并系统分析了该团簇的几何构型、原子净电荷布局、前沿分子轨道特征.结果表明：基态稳定结构（HgSe）2为平面四边形,（HgSe）n（n=3~6）为笼状结构,且稳定顺序为（HgSe）5〉（HgSe）4〉（HgSe）6〉（HgSe）2〉HgSe〉（HgSe）3,极性顺序为：（HgSe）4〉HgSe〉（HgSe）3〉（HgSe）5〉（HgSe）6〉（HgSe）2,（HgSe）6和（HgSe）2分子空间结构的对称性较好.（HgSe）n（n=1~6）团簇各体系都有较好的电子供体及受体等活性部位,随着n增大轨道离域现象明显,利于电子的转移,导电性增强.

Pd_n(n=1-7)团簇及其与甲烷相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,对Pd_n(n=1-7)团簇的几何结构、振动频率及其与甲烷分子间的相互作用进行了理论研究.结果表明,随着Pd原子数增多,团簇结构对团簇大小的依赖性减弱,结构参数向金属晶体趋近.在Pd_n(n=1-7)团簇上,甲烷的表面吸附作用较弱.Pd_2CH_4中,甲烷受到两个Pd原子的活化作用,活化程度增强,吸附能增大.在Pd_nCH_4(n=1,3-7)体系中,甲烷的吸附能随着团簇模型的增大而减小,趋近于其在金属晶面上的吸附能.