Ni_n(n=1～9)小团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对Nin(n=1~9)团簇的结构,稳定性和磁性进行了详细的研究.得到了一些以前文献中没有提到的稳定结构,并与其它方法得到的结构进行了比较,得到的最稳定结构与实验结果相一致.团簇能量的二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为,但在n=5、7时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性、较低的化学活性.团簇磁性的研究表明团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增加有一定振荡,但有逐渐减小的趋势,n≥5时团簇的构型对团簇磁性的影响较小.

Ni_N(N=3～36)团簇的结构和稳定性研究

采用量子Sutton-Chen势和最速下降方法,研究了Ni_N(N=3～36)团簇的结构、点群对称性和稳定性.模拟结果表明,Ni团簇的最低能量结构结构趋向于多样化,无序化;并且发现团簇的对称性与相对稳定性之间有密切的关系.对称性高的团簇较为稳定.并将Ni团簇的结构与实验结果做了比较,大部分吻合.

密度泛函理论研究Nin,Nin±（n=1～5）团簇的结构和电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了中性及带电Ni小团簇的基态几何结构和电子结构特性.对中性Nin（n=1～5）团簇,除去一个电子对基态几何结构所引起的变化相比增加一个电子所引起的影响要更加明显.n=4时,Ni4＋,Ni4以及Ni4-较之相邻个体具有较大的能隙,但在所讨论的尺寸范围内,没有找到幻数结构.随着原子数的递增,Nin＋,Nin,Nin-（n=1～5）团簇体系的磁矩总体呈上升趋势,值得关注的是：添加一个电子能够显著增强中性体系的磁性.讨论了与实验结论符合较好的鲍热电子亲和能（AEAs）以及绝热离化势（AIPs）.

Fe—Ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对不同组分的Fe_nNi_m(N=n+m,N=13,38)混合团簇的基态结构和性质进行了模拟研究.结果显示:总原子数为13的混合团簇基态几何构型是基于单质团簇的基态二十面体结构,并且随着Fe原子数的增加表现出Fe原子首先占据中心位置的规律性;对总原子数为38的混合团簇,在轻混合(类掺杂)情形(n≤15,34≤n≤38)下基态几何构型为类似于纯单质团簇基态的截角八面体结构,而在重混合(n=16～33)时基态几何结构表现为不同于单质团簇的类截角二十面体构型;分析二级差分能表明Fe_1Ni_(12)、Fe_7Ni_(31)及Fe_(14)Ni_(24)具有相对高的稳定性,我们提出了基于有效键数的简化模型以解释此幻数结构序列.

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。

团簇Ni_3CoP电子性质与磁性研究

设计团簇Ni_3CoP模型对非晶态合金Ni-Co-P进行局域结构的模拟,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/Lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行结构优化以及有关电子性质与磁性的计算,对所得到的理论数据进行分析.结果表明:团簇Ni_3CoP费米能级左侧的最高峰由Ni-d、Co-d、P-p共振产生,形成了d-d-p杂化的成键轨道,并主要由Ni-d轨道贡献;对于团簇Ni_3CoP内部的电子转移,以P原子提供电子的能力最强,Co原子次之,Ni原子则整体以接受电子为主.团簇Ni_3CoP 3重态下的构型具有磁性,且Ni原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大.分析d轨道的电子自旋态密度图,发现其对称性最不好,这说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源.同时,研究还发现p轨道对团簇磁性的贡献同样不可忽略.

团簇Ni_3CoP催化析氢活性研究

基于密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Ni3CoP的初始构型进行单、三重态下的计算得到优化构型,依据前线轨道理论(frontier molecular orbital theory,FMO)着重通过分析前线轨道图以及比较前线轨道能级差对团簇Ni3CoP催化水析出氢气时的反应机理进行理论研究,结果表明:团簇Ni3CoP通过其最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital,HOMO)与水分子最低未占分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital,HUMO)间的电子流动完成氢原子的吸附,且三重态构型在与水分子作用时,其β-HOMO轨道在反应中起主导作用。三重态构型在吸附氢原子后其促进解吸过程析出氢气的催化活性显著下降,而唯一的单重态构型1(1)不仅能在与水分子反应吸附氢原子的过程中展现出较好的催化效果,其在解吸过程中更是表现出了远好于其他三重态构型的催化能力。

Pt-Ni合金团簇的结构与磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP(Vienna ab-initio Simulation Package)对Pt13,Ni13及Pt-Ni合金二十面体团簇进行了计算机模拟研究.研究表明,Pt13和Ni13团簇显现出完美的Ih(正二十面体)对称性,Pt13团簇的磁矩为2.13μB,Ni13团簇的平均原子磁矩也比其体块的原子磁矩有所增大.对Pt-Ni合金团簇,Pt原子倾向于偏析到团簇表面,团簇的平均最近邻键长随着Ni原子数目的增多而单调减小,总磁矩可通过Ni含量的变化而进行调制.

团簇Ni_3CoP的成键和催化性质

基于密度泛函理论,以团簇Ni_3CoP为模型对非晶态合金Ni-Co-P的成键性质以及催化活性进行研究。发现团簇Ni_3CoP各构型中不同原子间的成键强度与作用效果存在差异,且对团簇Ni_3CoP的稳定性产生较大影响,其中Co-P成键键级所占比例的大小是单重态与三重态构型稳定性出现较大差异的主要原因;团簇Ni_3CoP中各原子对前线HOMO、LUMO轨道均有不同程度的贡献,为团簇Ni_3CoP的催化反应提供了良好的催化环境;Ni原子是前线轨道的主要贡献者且贡献分布范围广,说明Ni原子最有可能作为团簇Ni_3CoP潜在的催化准活性位并且能使团簇Ni_3CoP呈现出多样的催化活性;此外,Ni原子与Co原子对前线轨道的贡献呈"此消彼长"之势。

团簇Ni_3CoP的结构和热力学稳定性

为深入了解非晶态合金Ni-Co-P的性质,以团簇Ni_3CoP为模型,基于密度泛函理论对其进行多方面的分析,包括稳定存在的构型、各构型所占比例、各种能量参数等以探究其稳定性,发现团簇Ni_3CoP除构型5(1)为戴帽三角锥型外,其余所有稳定存在的构型均为三角双锥型。单重态各构型和三重态各构型所占比例变化及各种能量参数的变化均比较平缓,但在单重态构型1(1)与三重态构型4(3)之间出现剧变点,团簇Ni_3CoP能稳定存在的临界能量约为-659.450 a.u。从能量学的角度看,多重度的改变对团簇Ni_3CoP构型的稳定性有较大影响,三重态构型的稳定性均好于单重态构型,构型1(3)所占比例最高,能量最低,结合能最大,吉布斯自由能变最小,是团簇Ni_3CoP最有可能稳定存在的形式。

团簇Ni_3CoP催化性质的前线轨道研究

以团簇Ni_3CoP为模型,从前线轨道的角度对非晶态合金Ni-Co-P的催化性质进行研究。发现团簇Ni_3CoP各构型中不同原子对其前线轨道均有不同程度的贡献,且Ni原子的贡献最大,说明Ni原子最有可能作为团簇Ni_3CoP潜在的催化准活性位点;分析各构型的能隙差,发现团簇Ni_3CoP中唯一的戴帽三角锥型5(1)的能隙差最小,在化学反应中可能具有较强的反应活性;分析团簇Ni_3CoP各构型的态密度图,发现团簇Ni_3CoP作为催化剂在催化反应过程中具有较强的提供电子的能力,但同时其接受电子的能力也不能忽视,说明团簇Ni_3CoP是十分优良的催化剂。

基于过渡态理论的团簇Ni_3B_2稳定性分析

为探究Ni-B微观结构的转化形式,通过密度泛函理论的方法,对Ni_3B_2的团簇构型进行优化,得到8种稳定构型。通过过渡态理论对稳定构型之间的转化形式进行动力学稳定性分析,结果表明,团簇最终能够稳定存在的构型按稳定性顺序依次是三角双锥1^((3))、平面五边形1^((1))和三角双锥2^((1))。

团簇Ni_3CoP异构化反应

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Ni3Co P进行量子化学计算,得到其优化构型。以过渡态理论为基础,对团簇Ni3Co P优化构型间的异构化反应进行化学动力学与化学热力学两方面的研究以探究团簇Ni3Co P最终可稳定存在的形式。结果表明:团簇Ni3Co P不同重态间的构型不存在转化;热力学稳定性较好的三重态构型异构化的趋势小,可单独稳定存在的可能性大,仅存在构型4(3)与3(3)间的可逆转化;单重态构型的异构化反应以构型4(1)为起点,可直接或间接(以构型2(1)、3(1)为中间体)地向构型1(1)进行转化且反应的限度较大,说明构型1(1)是团簇Ni3Co P单重态构型的主要存在形式。

团簇Ni4P反应活性的密度泛函研究

为了探究团簇Ni4P反应活性最强的结构,运用密度泛函理论中的B3LYP/Lan12dz水平对团簇Ni4P进行了优化计算,得到二、四重态下6种优化构型。从最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占分子轨道(LUMO)图、前线轨道能隙差及库普曼斯定理角度对其反应活性展开研究,结果表明,构型1(4)~2(2)得电子能力强于失电子能力,构型3(4)~3(2)失电子能力强于得电子能力;团簇Ni4P各优化构型反应活性大小关系为:2(2)<1(2)<1(4)<2(4)<3(4)=3(2),说明构型3(4)和3(2)最可能成为非晶态合金Ni4P催化剂的有效结构。

金团簇掺杂镍原子的量子化学研究(英文)

利用基于密度泛函理论的量子化学从头计算方法，计算了金掺杂镍原子团簇AunNi2（n=1～4）的稳定结构和对应的电子态，部分稳定结构具有较高的自旋多重性．比较研究AunNi2和Aun的稳定性，结果表明Au—Ni相互作用较强，掺入两个Ni原子提高了纯金团簇的稳定性，而且团簇体积越大，这种影响越小，计算结果还再现了封闭结构高稳定性质的振荡性．

团簇Ni4P的热力学稳定性及电子性质

为探究团簇Ni4P各构型的稳定性及各原子间电子流动的规律,利用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2dz水平下对已设计的初始构型进行二、四重态下的优化计算,得到6种稳定构型,依据其空间结构的差异将所得构型分为三大类:三角双锥型、四棱锥型和单帽三角锥型。研究结果表明:随各原子空间位置及重态的不同,各构型稳定性发生改变,且四重态构型稳定性优于二重态,各构型稳定性大小关系为1(4)>1(2)>2(4)>2(2)>3(4)=3(2);在团簇Ni4P中电子由P原子流向Ni原子,其中构型2(2)的Ni和P原子所带电量绝对值最大,电子流动能力最强;整体来看,Ni原子的电子流动主要由Ni-4s流向Ni-3p和Ni-3d,P原子的电子流动主要由P-3s流向P-3d,但不同构型的Ni和P原子间电子流动能力相差不大。

团簇Ni_3B_2的成键性质和催化性能

为分析团簇Ni_3B_2的成键性质及催化性能,基于DFT理论,对优化后的8种团簇构型的电子结构和轨道杂化进行系统研究。通过对态密度图的分析,结果发现:团簇Ni_3B_2的三重态构型中,Ni-B键是由s-p-d-s轨道杂化形成的,单重态构型中,Ni-B键是由s-p-d轨道杂化形成的,因此三重态具有更好的稳定性;此外,B-B之间在空间距离较近时,以p-p的形式成键,在空间距离较远时不成键。相较于三重态,单重态构型Fermi能级两侧的峰距离更近,能隙差更低,即单重态构型催化性能优于三重态。

团簇Ni_3B_2热力学稳定性及其催化性质

为研究Ni-B体系的微观性质,运用密度泛函理论(DFT)方法,在B_3LYP/Lan12dz水平下对Ni_3B_2团簇构型进行优化,得到8种稳定构型,通过热力学稳定性的分析可知,三重态稳定存在比例要高于单重态。通过对构型的原子间距及键级分析表明,Ni-Ni间距在小于0.240 nm时有利于团簇稳定,原子间距在0.240 nm到0.345nm之间不利于团簇的稳定;B原子近距离(小于0.170 nm)接触有利于团簇稳定,与文献中结论相符。依据前线轨道理论讨论了各构型参与反应能力,单重态能隙差普遍要低于三重态,参与反应能力更强。既能够稳定存在又具有较强参与反应能力的是平面构型4(3)和1(1)。

Ni2Bn(n=1~10)团簇的结构与稳定性研究

使用密度泛函理论下的广义梯度近似对过渡金属Ni原子掺杂硼基纳米团簇Ni2Bn(n=1~10)的几何构型、稳定性、电子性质进行了系统的研究.研究结果表明:当n≤5时,只有Ni2B3团簇为立体结构,其余团簇的最低能量异构体都是平面结构.当n=6~10时,它们的最稳定结构均为三维(3D)立体结构.根据平均结合能和二阶差分能量值分析,Ni2B7团簇非常稳定,被确定为幻数团簇.垂直电离势(VIP)、电子亲合势(VEA)和化学硬度(η)的分析进一步表明Ni2B7具有较高的化学稳定性.除Ni2B6的自旋磁矩为2μB外,其他团簇,当n偶数时,自旋磁矩为0μB,n为奇数时自旋磁矩为1μB.

镍团簇的结构与电子性质

在相对论有效原子实势(RECP)近似下,用Gaussian98程序和密度泛函中的B3LYP/LANL2DZ方法,对纯Nin(n=2-6)团簇的各种几何构型进行优化计算,得到它们的基态结构、垂直电离势和电子亲和能。结果表明,Ni2分子的基电子态为3Σu+,Ni3的基态结构是等腰三角形,电子态为3B2。由于Jahn-Teller效应,Ni4的基态结构为具有C2v对称性的蝶形结构,电子态为7A2。Ni5和Ni6的基态结构也具有C2v对称性,分别为梯形和三角形结构,对应的基电子态分别为7A1和3B2。最后计算了团簇的能级分布和最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LU-MO)之间的能级间隙(HLG),分析了团簇的化学活性。