简单金属小团簇Al_n(n=2～7)的磁性

使用自旋极化的密度泛函理论下的第一原理方法,对简单金属铝的小团簇Aln(n=2～7)的结构特性和磁性进行了理论计算.结果表明:团簇的结合能随着团簇中原子数的增加而增大;虽然Al是简单金属,但是其小团簇Aln(n=2～7)具有磁性,磁矩在1μB和2μB间变化;通过能级图分析了Aln团簇磁矩的变化规律.此外,还分析了Aln团簇的磁矩、结合能、能量的一阶和二阶差分随原子数n的变化,讨论了最稳定团簇Al5的电子结构和电荷密度.

铝团簇Al_(13)的结构、电子性质和氧原子吸附的第一原理计算

利用密度泛函理论对Al13团簇的几种典型异构体进行了计算.对几种不同对称性(Ih,D5h,D3h,Oh)的中性和带电团簇Al13、Al13-、Al13+进行了结构优化和总能计算,得到了各种带电状态下的最低能量结构,并计算了Al13团簇的电离势、电子亲和能和结合能.理论结果与实验值比较,比以前的理论计算符合的更好.从中性和负电状态下的正二十面体的最低能量结构出发,研究了氧原子在Al13和Al13-上的吸附行为,并与单个氧原子在铝fcc表面的吸附行为做了比较.计算发现,高稳定性的幻数团簇如Al13-,较中性团簇和铝表面,更不易于氧化.

Al_8P_8团簇环状结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G鄢水平上对Al8P8团簇的环状结构进行了几何结构优化,并在同一水平上计算了Al8P8团簇的电子结构、振动特性及极化率和超极化率.用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质,Al8P8团簇中离子键和共价键共存,而且在不同轨道中原子间成键有不同的杂化方式.计算结果表明:优化后的Al8P8团簇为双层环状结构;价电子态密度显示其电子结构具有半导体的性质;最强的IR和Raman谱峰分别位于530.65cm-1和366.54cm-1处.

Au_nAl(n=1～8)团簇的几何结构和稳定性

用密度泛函PW91研究团簇AunAl（n=1～8）的几何结构和稳定性。对AunAl（n=l～8）团簇的几何构型进行优化处理，表明基态AunAl团簇在n=1—3时是二维结构，从n=4开始转变为三维结构。计算AunAl（n=1～8）团簇基态结构的二阶能量差分（△2E）、原子平均结合能（E。）及最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）之间能级间隙（HLG），分析AunAl（n=1—8）团簇的稳定性。结果表明，AunAl团簇有较好的化学活性，Au，A1有较高的稳定性。

Al_7和Al_(13)团簇的原子特性

采用密度泛函理论研究Al7和Al13团簇的原子特性.分析它们的离化势、电子亲和势、得失电子的能力,与碱金属(Li,Na,K,Rb)和卤素原子(F,Cl,Br,I)之间的结合能和电荷转移等参数.Al7团簇的性质与Li原子比较类似,它可以被看作是类Li的超原子.而Al13团簇则表现出比较复杂的性质,其具有比较好的得电子能力,但氧化能力弱于典型的卤素原子,同时失去电子的能力也比较强,很容易被氧化,它的性质与卤素原子差别比较大,不能被简单地看成"超卤素原子".

Al-Ni合金团簇的原子结构

采用遗传算法,选取Gupta多体势优化了Ni、Al单质团簇和Al-Ni合金团簇的基态构形。一般来说,当N<14,AlxNiy(x+y=N)合金团簇的基态构形除了Al8Ni2和Al9Ni2以外都是基于二十面体结构的,Al8Ni2的基态构形是紧密的扁平结构,Al9Ni2团簇也具有类似的扁平结构。

Al_(12)Pb团簇几何构形对其稳定性的影响

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)研究20面体Al12Pb团簇的几何构形和稳定性,计算了束缚能(BE)、电子亲合能、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)间的能隙和最高占据轨道(HOMO)电子构型.此外,还计算了团簇的原子相互作用能.结果表明:具有C5v对称性团簇Al12Pb的束缚能比具有Ih对称性团簇Al12Pb的束缚能更低,稳定性更好;计算数据与实验结果相符合.

(XB_2)_2(X=Al,Be,Na,Mg)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(XB2)2(X=Al,Be,Na,Mg)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.并对最稳定结构的电子结构、振动特性、成键特性和电荷特性等进行了理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,通常是B-B键和B-X键共存,较少出现X-X键.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X原子处在端位,且显正电性.

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.

二元合金小团簇Cu_2Al_3结构和稳定性的密度泛函研究

利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/LANL2DZ水平上对含贵金属铜二元混合小团簇Cu2A l3的几何构型和稳定性进行了研究,研究表明该体系团簇有九种稳定结构,其基态构型为具有C2v(2B1)对称性的立体结构.计算了稳定结构的结合能、最高占据分子轨道能级和最低空分子轨道能级以及两者间的能隙差,并给出了稳定结构的红外光谱.

团簇Ti3Al3的磁性及自旋密度研究

设计团簇Ti3Al3模型,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行一系列的优化、计算。研究发现团簇Ti3Al3在二、四重态下的构型具有磁性,且Ti原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大;d轨道的电子自旋态密度图对称性最差,说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源。另外,在0 eV处,由于存在巡游电子的磁性,使自旋向上的α电子和自旋向下的β电子发生位置互换,且磁距完全对称。

外来吸附原子对Al_(13)团簇的结构影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al13团簇的原子吸附特性(吸附H、Li、Na、K、B、Al、Ga、C、Si、Ge、N、P、As)进行了系统的研究.研究结果表明:第二周期中的原子,随着原子序号的增加对其结构影响逐步增加,第三和第四周期同一族中的原子对Al13团簇的结构影响相似,特别是它们吸附在洞和桥两位置处的优化结构是相同的.Al13团簇结构本身和吸附原子的成键等性质决定了吸附结构的稳定性.

团簇Ti_3Al_3的成键及结构稳定性研究

采用密度泛函理论方法,通过B3LYP/lanl2dz对团簇Ti_3Al_3的所有可能的构型进行优化计算,最终得到11种能够稳定存在的构型。从结构能量角度分析,发现四重态能量低于相应二重态的能量,四重态比二重态更稳定。这些构型的结合能EBE均大于零且吉布斯自由能变△G均小于零,可以自发反应。在所有构型中1(2)、1(4)是不同重态的相同构型,能量最低,结合能EBE最大,吉布斯自由能变△G最小,因此1(2)、1(4)最易发生自发反应且稳定性最好。从键长、键级角度分析,Ti-Ti、Ti-Al键对团簇Ti_3Al_3的稳定性起主要作用。

Al_(12)X(X=Cu,Ag,Au)团簇的稳定结构和磁性

本文用基于第一性原理的阿姆斯特丹密度泛函程序系统地研究了Al_(12)X(X=Cu,Ag,Au)团簇的稳定结构和磁性.研究表明Cu原子位于截角20面体的中心位置,而Ag和Au原子则占据表面位置.3个团簇的磁矩均为3μB,它们取决于电子结构.图示发现3个团簇的最高占据轨道的电子云分布图相似,但在最高占据轨道以下的电子云分布图中,Al_(12)Ag和Al_(12)Au团簇的非常相似.

团簇Ti_3Al_3的电子性质及催化活性

通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。

Effects of electric pulse modification on liquid structure of Al-5%Cu alloy

The electric pulse modification （EP, EPM） of liquid metal is a novel method for grain refinement. The structure of EP-modified Al-5%Cu melt was characterized by high-temperature X-ray diffractometry. The results show that the Cu-containing Al clusters remarkably increase in the EP-modified melt, furthermore, these clusters in that case tend to contract due to the decrease of relevant atomic radius and the co-ordination number. This kind of liquid-phase structure leads to a more homogeneous Cu-rich phase distribution in the final solidification structure. Differential scanning calorimetry （DSC） tests indicate that the solidification super-cooling degree of the EP-modified liquid phase is 2.36 times that of the unmodified. These facts suggest that the atom cluster changes in EP-modified Al-5%Cu melt would disagree with that by EPM model previously proposed in liquid pure metal.

H_2在Li掺杂Al_7C^+上吸附的理论研究

利用密度泛函理论研究了H2分子在Li掺杂Al7C+团簇上的吸附.对于Al7C+团簇,H2分子的吸附能仅为-0.017eV,掺杂Li原子到Al7C+团簇可以明显增强对H2分子的吸附.吸附一个H2分子时吸附能可以达到-0.151eV,吸附四个H2分子的平均吸附能为-0.073eV.根据自然键轨道分析,电荷从Li原子向Al7C+团簇转移,带正电的Li离子极化H2分子并且增强了H2分子与Al7CLi+团簇之间的相互作用.

Al_n(n=3,4,6,13,19)团簇的结构稳定性与形态演化

采用第一原理赝势平面波方法,计算了不同结构形态Aln(n=3,4,6,13,19)团簇的几何与电子结构,通过结合能与HOMO-LUMO能隙表征和分析了其结构稳定性,采用线性同步转变(LST)方法考察了其不同结构形态间的演化与转变.结果表明:Al3,Al4,Al6,Al13和Al19团簇的稳定结构形态分别为三角形、菱形、八面体、二十面体、双二十面体.Al3,Al4与Al13团簇不存在亚稳结构.Al6与Al19团簇存在亚稳结构,其结构形态分别为平行四边形与八面体.Al6团簇亚稳结构与稳定结构的能级差大、转变能垒低,结构转变容易,亚稳结构稳定性差.而Al19团簇亚稳结构与稳定结构的能级差小、转变能垒高,结构演化不易,因而实验和理论模拟中能观察到其亚稳结构形态——正八面体的存在.

C@Al_(12)团簇吸附H的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论的方法研究了C@Al12Hn(1≤n≤7)团簇的结构和稳定性.n为偶数的C@Al12Hn具有更高的稳定性,大的HOMO-LUMO能隙、H原子的结合能以及高的垂直电离势表明这些团簇具有很高的物理和化学稳定性.最高占据分子轨道电荷密度分析显示,偶数n的C@Al12Hn团簇中,一对H原子倾向于占据相反的位置.变形电荷密度分析表明H原子与主体C@Al12之间的结合表现为共价键的特征.对奇数n的C@Al12Hn都具有1μB的磁矩.

Al掺杂Sn_(12)^-团簇结构及电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法,在混合基组水平上对Al掺杂Sn12-团簇几何结构和电子结构进行了计算分析.结果表明,Al内掺杂Sn12-团簇能量更低更稳定,但LU-MO-HOMO能隙较小.外掺杂多面体簇中,电荷从Al原子移向Sn12-笼,趋向形成[Al+Sn122-]结构;内掺杂多面体簇中,电荷从Sn12-笼移向Al原子,趋向形成[Al-@Sn12]结构.