Al_nCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对Al_nCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布居和极化率.研究结果表明:Al_nCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Al_n-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Al_n团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al_7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al_原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强.

Ir_n(n=2-25)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Irn(n=2-25)团簇的基态结构.分析了Irn(n=2-25)团簇的基态结构随团簇尺寸的变化规律.计算结果表明,Irn(n=2-25)团簇的每个原子的平均束缚能和平均第一近邻随团簇尺寸的增加而增大,以总束缚能的二阶差分为判据,Irn(n=2-25)团簇的幻数是4、7、9、13、15、19、23.

飞秒脉冲强激光加载下团簇(SiO_2)_n(n=6,14)损伤动力学过程研究

在超快强激光应用中,尤其是激光聚变研究,SiO2作为光学元件的主要成分,而光学元件是由无定型二氧化硅组成的,基于无定型二氧化硅结构的复杂性,在理论研究中常常用团簇结构代替无定型结构,而且光学元件在损伤过程中往往会产生各种各样的二氧化硅团簇。因此,基于含时密度泛函理论研究激光脉冲与团簇(SiO2)n(n=6,14)相互作用对二氧化硅玻璃的损伤动力学过程的研究具有很好的应用价值。研究表明,当脉冲激光作用在团簇时,Si—O键长被拉长,激光削弱了Si—O共价键强度,Si—O键逐渐断裂,最终导致整个团簇(SiO2)n结构坍塌而破坏;随激光强度增加,Si—O键首先被破坏的时间缩短;同时飞秒激光诱导电荷密度变化,与飞秒激光脉冲衰退的痕迹一致。

[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.

CoAlN(N=2-11)团簇基态结构的稳定性和磁性

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA),对CoAlN(N=2-11)团簇进行构型优化和磁性计算.在考虑自旋多重度的情况下得到了团簇的平衡构型及基态结构,并重点讨论了Co原子的sp-d杂化效应对体系稳定性和磁性的影响.结果表明:N为偶数时,团簇的基态为自旋双重态,Co原子磁矩随N增加整体上呈减小趋势;N为奇数时(除N=5为自旋三重态外),团簇的基态为自旋单重态,Co原子磁矩为零.N≥8时,Co原子陷入主团簇内部,体系的对称性降低,稳定性增强;轨道杂化增强了体系的稳定性,但减小了双重态和三重态体系中Co原子的磁矩;N=3,8,10是团簇CoAlN(N=2-11)的幻数.

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.

Ge(SiO_2)_n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO_2)_n(n=1～7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,Ge(SiO_2)_n的最低能量结构是在(SiO_2)_n端位O原子以及近邻端住O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇.掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO_2)_n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO_2)_3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Ge_m(SiO_2)_3的能隙从可见光区到近红外光区变化.二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO_2)_2和Ge(SiO_2)_5团簇是稳定的.

(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。

(TiO_2)_(3n)(n=1～4)纳米团簇的几何结构和电子性质研究

本文采用广义梯度近似(GGA)方法,对(TiO2)3及增长后的(TiO2)3n(n=1～4)纳米团簇进行了结构优化,计算并分析其几何结构、结合能、能级、态密度以及HOMO-LUMO的电子云密度分布。结果表明:随n增加,(TiO2)3n(n=1～4)纳米团簇结合能、HOMO轨道能量和态密度峰值逐渐增加。当团簇受到激发时,电子从HOMO轨道向LUMO轨道跃迁,同时,悬挂键以及连接键氧原子上的电子向Ti原子转移。

Rh_n,Pt_n(n=2～20)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Rhn,Ptn(n =2～ 2 0 )团簇的最低能量结构。当n≤ 13时 ,两种团簇具有相似的几何结构 ,都从密堆积结构向二十面体结构演化 ;当n >13时 ,铑团簇的基态结构倾向于有序结构 ,而铂团簇的基态结构则倾向于无序结构。Rhn,Ptn(n =2～ 2 0 )团簇中每个原子的平均束缚能和配位数随团簇尺寸的增加而增大。能量的二阶差分给出Rhn,Ptn(n =2～ 2 0 )团簇的幻数是 4 ,6 ,13,15。

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.

SinC2N团簇结构及稳定性的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP／6—311G·方法，对SkC2N（n=2～6）团簇的几何结构、振动频率和基态能量等性质进行了研究，分别讨论了其基态和亚稳态结构的能量及自旋多重态．振动频率和振动强度被用来判断体系的稳定性．结果表明，随着Si原子数的增加，零点振动能、热容量和熵近似线性增长，其平均增幅分剐为1．03kcal／mol、4．84cal／mol·K和11．96cal／mol·K．13．为奇数的SinC2N团簇比n为偶数的更为稳定．

Al_n(n=2～10)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下,采用广义梯度近似泛函BPW91研究了Al_n(n=2～10)团簇的基态结构,系统计算了平均结合能、能量二阶差分、HOMO-LUMO能隙及Al_n(n=2～10)团簇的磁性,并与已有的相关数据进行了比较.结果表明,Al_n团簇的最稳定结构在原子数为n=6时从平面结构转变为立体结构,Al7团簇较相邻尺寸团簇的稳定性要高,磁性分析得到Al_n团簇的平均每原子磁矩在n=2,4,6时为2μB,当n=1,3,5,7,9时为1μB,与实验结果一致.

（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.

碱金属团簇(Li2F)nM(M=Li,Na,K;n=1,2)结构、稳定性和红外光谱的理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法和6-311+G*全电子基组对(Li2F)_nM(M=Li,Na,K;n=1,2)团簇的几何结构进行了优化,确定了它们的基态结构,并对它们的化学稳定性、电子特性和红外光谱进行了理论研究。结果表明:(Li_2F)M(M=Li,Na,K)团簇具有相似的双三角基态结构,但是(Li_2F)_2M的基态结构则完全不同;(Li_2F)Li和(Li_2F)_2Na团簇具有较大的键能和HOMO-LUMO能隙,致使其具有较高的化学稳定性。通过轨道分析发现,这两个稳定团簇的HOMO和LUMO轨道都是由sp杂化而形成了σ键。同时,也发现(Li2F)2K团簇因具有较低的电离势(4.23eV),可以考虑其为新型的超碱金属化合物。此外,模拟了(Li_2F)_nM团簇的红外振动特征峰,并对主要谱峰的振动模式进行了指认。

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.

（TiO2）n（n=3～8）团簇的几何结构和电子性质研究

采用广义梯度近似（GGA）方法，对（TiO2）。（n=3～8）团簇进行了结构优化，计算并分析了其几何结构，平均结合能，能级，态密度以及最高占据分子轨道．最低未占据分子轨道（HOMO．LUMO）的电子云密度分布。结果表明：随着n的增加，TiO2团簇（除了（TiO2），团簇外）的平均结合能都在逐渐缓慢增加。（TiO2）n（n=4～8）团簇的HOMO-LUMO能隙随n的增大而减小，而HOMO能量随n的增大而增加。（TiO2）n（n=3～8）团簇的HOMO的电子云主要集中在悬挂及连接的氧原子上，相反，LUMO上的电子云主要集中在钛原子以及少量部分氧原子上。

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.