(Mg3N2)n(n=1～4)团簇结构与性质的密度泛函研究

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(Mg3N2)n(n=1～4)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、电荷特性和稳定性等进行了理论分析。结果表明:(Mg3N2)n(n=1～4)团簇易形成笼状结构,其最稳定构型中N原子配位数以3、4较多见;团簇主要由Mg-N键组成,Mg-N键长为0.194～0.218 nm,Mg-Mg键长为0.262～0.298 nm;N原子的平均自然电荷为-2.06 e,Mg原子的平均自然电荷为+1.37 e;(Mg3N2)2团簇有相对较高的动力学稳定性。

Pdn(n=1~4)团簇催化CO还原N2O的机理研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了Pdn(n=1~4)团簇催化N2O和CO的反应机理.该反应分两步进行:首先N2O在Pdn(n=1~4)团簇上还原并分解,形成活性氧并释放出N2;接着CO被氧化形成CO2.势能面分析表明,对于Pd2,Pd3和Pd4,CO的氧化是整个反应的决速步骤,其中Pd3团簇对N2O分解和CO氧化表现出高的催化活性,决速步骤的能垒仅为61.36 kJ·mol-1.NPA电荷分析表明,电子从Pdn(n=1~4)团簇转移到N2O促进了N-O键的解离,团簇的尺寸效应对反应具有很大的影响.这些结果丰富了我们对基于Pd基催化剂的N2O催化离解和CO氧化机理的理解.

利用密度泛函理论对Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4)团簇结构及性质的研究

由于Si与BN晶体有着特殊的物化性质,对Si BN三元掺杂团簇结构、性质的研究及功能材料的研发有着重要的意义。文中采用密度泛函理论中的B3LYP/6-31G(D)方法,对Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4)团簇所有可能构型进行了全面优化,得到相应基态结构,进一步研究了团簇对称性、电子态、平均结合能、能隙(HOMO-LUMO)、键角N-Si-N和N-B-N。结果表明:团簇Si_2B_nN_(n+2)^(0±)基态均为平面单环或近似平面单环结构,平均结合能随n均单调递增;正离子团簇相比中性团簇能隙均增加,化学稳定性增强,当n=2时能隙增加最大,值为12.969 ev;Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为1.053,0.718,-0.858 e,Si_2B_nN_(n+2)^(+)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为0.920,0.487,-0.457 e,Si_2B_nN_(n+2)^(-)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为0.294,0.247,-0.491 e。全面优化获得(BN)n团簇在结构、对称性、能量等方面与已有研究的(BN)n团簇符合的较好,说明计算是可靠的。

团簇Cr_nB_2(n=1～4)稳定构型及组成比例

摘要：为深入了解团簇CrB体系的结构与性质，本文在利用密度泛函理论方法对团簇的所有可能构型优化计算的基础上，结合能量学原理对团簇CrnB2（n=1-4）稳定构型的组成比例进行研究。结果表明：不同组成的团簇CrnB2（n=1～4）均是以三重态构型更稳定，三重态构型所占比例总和在77．13％～99．65％；从结合能和吉布斯自由能变看，具有四角锥构型的团簇CrnB2（CI（3））最稳定。

[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。

(LiN3)n(n=1～2)团簇的密度泛函研究

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(LiN3)n(n=1~2)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、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1~2)团簇中N—N键长在0.1146~0.1203nm之间,N—Li键长在0.1722~0.1987nm之间;Li原子的自然电荷在0.708e^0.907e之间,N原子的自然电荷在-0.896e^0.208e之间.

(MgB_2)_n(n=1～3)团簇结构与性质的密度泛函研究

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(MgB2)n(n=1-3)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测各团簇的最稳定结构,并对其振动特性、成键特性、极化率和超极化率等性质进行理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和Mg原子处在端位,且显正电性,Mg原子的自然电荷在+0.559e-+0.920e之间,B原子的自然电荷在-0.724e-+0.197e之间;团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存,较少出现Mg-Mg键,计算得到的B-B键键长在0.153-0.182 nm之间,B-Mg键键长在0.218-0.231 nm之间.

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.

Al_2Be_N(N=1-12)团簇最低能量结构的稳定性和电子特性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G水平上对Al2BeN(N=1～12)团簇的各种可能构型进行几何结构优化和频率分析,得到了团簇的最低能量结构.并对Al-Be最近邻键长,平均结合能,二阶能量差分,能隙和Al原子的电子位形进行了讨论.结果表明:Al原子掺杂对纯Be团簇结构影响不大;Al-Be最近邻键长和团簇的平均结合能随N的增加表现出了不同的变化趋势;Al原子的化合价出现了由一价到三价的变化;N=7是团簇的幻数.

（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.

(Br2BN3)n(n=1～4)簇合物结构和性质的理论预测(英文)

采用密度泛函理论B3LYP/6-311+G*方法计算研究了(Br2BN3)n(n=1～4)簇合物,获得了它们的结构和性质.环状多聚体(Br2BN3)n(n=2～4)的优化构型均包含B—N—B连接.讨论了几何参数随聚合度的变化关系.计算获得IR光谱并对其进行归属.通过比较几何参数和IR光谱的计算值与实验值,发现计算值均可信.同时分别探讨了热力学性质随温度和聚合度的变化趋势.由焓变可知,在298.2K下单体形成三聚体在热力学上是有利的,而形成最稳定二聚体和四聚体则是不利的.

密度泛函理论研究Nb_2Ge_n(n=1～4)团簇

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平上对Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇进行了系统的理论研究,得到Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇的最低能结构的几何构型和电子性质.优化结果表明:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇最低能结构的自旋多重度均为单重态.团簇最低能结构的电子态与团簇的大小有关.当n为奇数时,团簇的电子态为~1A^1,n为偶数时电子态为1A.通过对计算平均束缚能和分裂能发现:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中热力学稳定性最强的是Nb_2Ge_2团簇;最弱的是Nb_2Ge_4团簇.自然电荷分布的结果说明Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中当n=1-2时,电子转移正常,而当n=3-4时出现电荷反转现象.同时还研究了HOMOLUMO能隙、磁性和红外光谱.

Li_2B_n(n=1～10)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析Li_2B_n(n=1～10)团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率等物理化学性质.由此讨论了团簇的几何结构和电子性质.研究表明:Li_2B_n(n=1～10)团簇基态大多为立体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明Li_2B_8为幻数团簇.对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明,基态Li_2B_n团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑,但尚未形成特定的堆积方式.

(LiN_3)_n(n=1～2)团簇结构与性质的密度泛函研究

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(LiN3)n(n=1～2)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、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1～2)团簇中N-N键长在0.1146～0.1203nm之间,N-Li键长在0.1722～0.1987nm之间;团簇中Li原子全部显正电性,越靠近Li原子的N原子负电性越强,在直线构型的N3-离子中,两端的N原子均具负电荷,而中心N原子具正电荷.

Pd_nY,PdY_n(n=1～4)团簇的结构与能级分布

在相对论有效原子实势(RECP)近似下,用密度泛函理论(DFT)方法,对PdnY,PdYn(n=1,2,3,4)团簇各种可能的几何构型进行全优化计算,得到它们的基态结构和光谱性质。结果表明:团簇Pd3Y,Pd4Y,PdY3和PdY4基态为Cs构型。最后计算了团簇基态的能级分布和最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级间隙(HLG),分析了团簇的化学活性。

Au_nAg_m^-(n+m=2～4)负离子团簇光脱附电子谱计算

利用密度泛函理论,通过几何优化和态密度计算了Au_nAg_m^-(n+m=2～4)团簇的光电子光谱,结果显示只有Au_2Ag_2^-团簇的第一个峰发生了0.5eV的红移,而其它团簇的峰位置符合的很好,因此理论计算给出的团簇结构是合理的.

Mg2Bn(n=4～9)团簇结构与性质的DFT研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法在6-31G*的基组水平上对Mg2Bn(n=4～9)团簇的各种可能的几何构型进行优化,得到了Mg2Bn(n=4～9)团簇的最稳定结构,并对其几何结构、振动光谱、电离能、能隙、电荷布局、成键特性等性质进行了计算.结果表明:Mg2Bn(n=4～9)团簇中大部分B原子为负电性且总是处在团簇的中心,Mg原子总是处在端位上并显正电性;随着n的增大,团簇最稳定结构逐渐由平面结构向立体结构转变;n=4、8时的结构相对较稳定.

理论研究气相中NH_4^+(H_2O)_n(n=1~6)簇合物的结构特征

利用密度泛函理论中B3LYP方法,6-31G(d,p)基组对NH4+(H2O)n(n=1~6)簇合物进行几何优化,得到了稳定结构.本论文分析了NH4+(H2O)n(n=1~6)簇合物的稳定结构,发现NH4+与H2O以线性氢键结合成的簇合物结构最稳定,其次是二叉结构,再次是三叉结构.

H_2在Ni_n(n=1-13)团簇表面吸附的密度泛函理论研究

合成气甲烷化这一过程是从合成气在金属表面的吸附开始的,但Ni基催化剂与气体的作用机理受实验条件的限制尚未能达成共识,所以有必要从原子尺度运用模拟方法来了解这个动态过程,从而优化催化剂及反应条件。本文采用密度泛函理论首次计算模拟了H2以不同方式和Nin(n=1-13)团簇作用的情况。对吸附能、净电荷及结构参数的分析表明:H2分子的H-H键平行接近于Ni团簇的顶点位时为分子态的非解离吸附,H-H键长从0.862到0.908,对比吸附前的键长0.750都有所增长,吸附能从-40 k J/mol到-80 k J/mol;作用于桥位和空穴位时,解离不需要活化,即为原子态吸附,吸附能范围从-61.87 k J/mol到-120.68 k J/mol。而H2分子以H-H键竖直方式作用于Ni团簇时,过渡金属Ni对H2的吸附活化作用很小,为物理吸附。可见,H2以H-H键平行还是竖直方式作用于团簇的何位点决定了吸附的类型,这成为Ni对H2活化作用强弱的关键;气体在催化剂表面的扩散对形成稳定的原子态吸附有利;H2被催化剂Ni活化后主要以原子态形式存在,这为探索甲烷化机理提供了理论依据。

Mg_nP_m团簇的几何结构,电子性质和稳定性的密度泛函研究

本文运用密度泛函理论在B3LYP6-311G水平上对MgnPm（n=1～2，m=1～8）团簇的几何构型，稳定性以及电子性质进行了较详细的计算研究．在优化所得的MgnPm（n=1～2，m=1～8）基态结构中，n＋m≥4时，团簇易形成五元环和四元环型结构．在得到的基态结构的基础上，我们对最低能量结构的二阶能量差分和能隙进行了计算，结果表明MgP4，MgP6，Mg2P2以及Mg2P4具有较高的相对稳定性．在对自然电子组态和电荷布居的进一步分析发现，P原子获得电荷的多少取决于P，Mg原子之间的距离的大小．