富勒烯[4,6]-(C_(24))n(n=1,2,4,8)及相应的BN团簇的理论研究

用AM1半经验量子化学方法,对富勒烯[4,6]-(C24)n(n=1,2,4,8)及相应的BN完全取代物进行几何构型优化和频率分析.计算结果表明,BN团簇及相应的全碳富勒烯的稳定性均随对称性的变化而呈现相似的递变规律;BN取代增强了体系的稳定性,使得BN团簇有望在实验室中得到;各分子的净电荷分布为实验室寻找分子反应的活性部位提供了理论依据.

(BN)_n(n≤12)团簇的结构及成键性质

利用遗传算法和Gastreich提出的经验势函数研究了(BN)n(n≤12)团簇的可能稳定结构,并对能量较低的异构体在HF/6-31G(d)水平进行优化,得到了(BN)n(n≤12)团簇的线状、蒲扇形、单环、双环、三环和笼状结构,讨论了各种结构的特征及相对稳定性.分析了BN团簇中原子的成键性质,在单环结构中,N原子以sp2杂化成键,B原子以sp杂化成键,而在节点处B原子以sp2杂化成键.(BN)6是唯一没有张力的单环结构.

(BN)_n团簇的结构和稳定性

用HF方法、密度泛函理论的B3LYP以及微扰理论的MP2方法 ,在 6 3 1G(d)基组水平上 ,对 (BN) n(n =1～ 16)团簇的各种可能结构进行了优化 .讨论了环状与笼状稳定团簇的几何构型、自然键轨道 (NBO)、振动频率、结合能、核独立化学位移 (NICS)和能量二次差分 ,得到了 (BN) n(n =1～ 16)团簇结构的稳定性信息 .比较了HF ,B3LYP以及MP2三种理论方法对(BN) n 团簇的适应性所表现出的差异 .

一步法制备BN/Si复合团簇结构

以球磨的B/BN混合物为原料,采用一步法在蘸有催化剂的硅片上合成了大量BN纳米刺包裹在Si纳米或微米线上的复合团簇结构。EDS和SAED表明外层的纳米刺是六方BN多晶,里面包裹的Si纳米或微米线则是立方的Si单晶。实验结果表明合成温度对BN/Si复合结构形成有重要影响,只有在1250℃以上的温度才会生成BN/Si复合团簇结构,另外只有当硅片与样品接触时才会形成复合产物。PL光谱显示复合产物在360 nm的激发下,其发光峰在303 nm(4.1 eV)和423 nm(2.93 eV)处。

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.

B_mN(m=1～8)团簇结构和稳定性的密度泛函理论研究

使用泛函密度理论的B3LYP方法,在6-311G~*水平上对B_mN(m=1～8)团簇的几何结构、电子结构、振动频率等进行了研究。结果表明,以B_m团簇作为设计母体,考虑在不同位置上结合N原子可以较快找到B_mN类团簇基态结构;团簇的最稳定结构是平面结构,N原子倾向于在B团簇外端与两个B原子成键.通过对基态结构的平均束缚能和能量二次差分的计算,得到m=2和5的B_mN团簇较为稳定.

掺杂B_nN_n(n=12,16,20,24,28)团簇的生成热

中等尺寸的硼氮富勒烯笼与碳笼富勒烯相似,具有纳米尺度的球形内包空间,应该可以形成内包原子的笼状包合物,且无论从理论研究,还是从应用研究上讲都还处于起步阶段.我们采用第一性原理方法计算了第一、二、三、四周期内各元素原子作为M原子,分别构建M@B_nN_n(n=12,16,20)包合物并计算结合能.发现当硼氮富勒烯笼直径较小时,不同元素结合能的大小规律与原子半径的规律相符.副族元素的Mn、Fe、Co和Ni较其它元素的包合物稳定性明显增加.

Co_2B_n(n=1-8)团簇几何结构的密度泛函理论研究

受到小型环状和管状的双金属掺杂硼团簇的启发,采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d)水平下对Co_2B_n(n=1-8)团簇的几何结构、相关稳定性、电子性质和磁性进行了的研究.研究结果表明:当n≤5时,团簇的最低能量结构为平面结构.当6≤n≤8时,团簇的最低能量结构为立体结构.对团簇的平均原子结合能、二阶差分能量、HOMO-LUMO能隙、垂直电子亲和能、垂直电离能和化学硬度分析结果表明,Co2B_7具有幻数特征.对Co_2B_n(n=1-8)团簇的总磁矩计算表明其和团簇的自旋态有很强的关系,而且团簇的总磁矩主要由钴原子的3d轨道所贡献.

锂原子修饰硼原子链团簇的结构和储氢性能研究

采用密度泛函方法对锂原子修饰线型硼原子链团簇Li_2B_n(n=2~8)的结构及其储氢性能进行理论研究.结果显示,Li原子可键合于硼链团簇的两端,氢能以分子形式吸附在Li原子周围,每一个Li原子最多可吸附4个氢分子,氢分子的平均吸附能为2.020~2.832 kcal.mol^(-1).其中Li原子修饰B2小团簇的质量储氢分数最大,为31.24 wt%,表明在常温常压条件下它有可能成为一种潜在的储氢媒介.

(BN)_n及SiB_(n-1)N_n(n=2~11)稳定结构的研究

利用遗传算法及Gastreich提出的经验势函数,研究了（BN）n（n=2-11）和SiBn-1Nn（n=2-11）团簇的可能稳定结构,对能量较低的异构体在HF/STO-3G水平进行优化,得到了（BN）n（n=2-11）和SiBn-1Nn（n=2-11）团簇稳定结构单环及线状结构,并进一步分析了单环的结构特征及相对稳定性。

(BN)_(25)团簇的结构与性能

采用密度泛函理论的杂化密度泛函(B3LYP)方法,在6-31G(d)基组水平上,对(BN)_(25)团簇进行结构优化和频率计算,得到基态构型,并对其稳定性、自然键轨道(NBO)、振动光谱和NICS进行计算.结果表明:(BN)_(25)团簇的能隙值较高,具有良好的化学稳定性;B原子和N原子的内部及原子之间都会发生s、p轨道杂化,原子之间有少量电荷转移;(BN)_(25)团簇的红外光谱和拉曼光谱都有较多振动峰;(BN)_(25)团簇具有芳香性.

B_n(n=2—15)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论中的B3LYP方法计算并分析了不同生长模式下Bn(n=2—15)团簇的几何结构及电子性质.同时,比较和讨论了不同生长模式下硼团簇的原子束缚能、能级间隙和第一电离势.研究表明:直线构型稳定性最低,金属性较强,尤其在n=8时能隙仅有0.061eV,说明该团簇已具有金属特征.平面或准平面构型稳定性最高,非金属性强.立体构型的稳定性与金属性介于直线和平面构型之间.另外,还讨论了基态团簇的束缚能、能量二阶差分、能级间隙和第一电离势随团簇尺寸的变化,结果表明B12与B14是幻数团簇.

Ti_2B_n(n=1—10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,结合从头算的CCSD(T)方法对Ti2B n(n=1—10)团簇的稳定性和电子性质进行了研究.发现两个Ti原子的掺杂导致B n团簇结构发生了根本性变化.随着n的增大,Ti2B n团簇结构生长非常规律.所有的最稳定结构都可看成双锥结构,并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶.根据二阶差分能量分析,得出Ti2B n(n=1—10)团簇的幻数是6,7和8.进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B原子解离能以及团簇的电子亲和势和电离势.这些能量分析表明Ti2B6团簇既有良好的热力学稳定性,又有良好的动力学稳定性.应用前线轨道理论,对Ti原子与B6之间的成键进行了分析,了解其稳定性的根源.