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。

Ni_n^(0,±)(n=1-9)团簇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Ni_n^(0,±)(n=1-9)团簇的几何结构,电子性质和稳定性.结果表明,Nin+和Nin-团簇的稳定结构都保持了中性Nin团簇的框架,只是结构的稳定性顺序发生了变化.此外,稳定性的分析表明Nin团簇失去一个电子可以大大增强团簇的稳定性,得到一个电子不能增强团簇的稳定性.能量二阶差分、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=7时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性,也说明得到或失去一个电子不能改变n=7的幻数特性.

CO分子和C、O和H原子在Ni_n(n=4～13)团簇表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）对Nin（n=4～13）团簇吸附CO分子和C、O和H原子进行了系统研究.结果表明：Nin（n=4～13）团簇对它们的吸附强度的大小顺序始终是C＞O＞H＞CO,择优吸附位点是谷位;吸附后,CO的键长与自由的C-O键长（1.140 （A））相比有所增加（0.016～0.071 （A））,这表明C-O键被削弱,CO被活化;比结合能（稳定性）由大到小的顺序是NinCO＞NinC＞NinO＞NinH和Nin,吸附后,团簇的稳定性普遍增加.

密度泛函理论的OsS_n(n=1～7)团簇结构与稳定性

为了解决锇掺杂团簇的结构构建与稳定性调控问题,采用密度泛函理论计算方法,优化了OsSn(n=1~7)团簇的几何结构,预测了团簇的基态结构,并对基态结构的平均结合能、二阶差分能、离解能和能隙以及成键特性进行了分析讨论。结果表明,当n≤5时,基态结构都以Os为中心呈发散状结构;n>5后,则以OsS4基态结构为基础,其余S原子以附加环状结构呈现;OsSn(n=1~7)团簇的能量参数均呈先升后降的变化趋势,其中OsS3团簇的能量参数最大,具有最稳定结构。研究结果确定了锇掺杂硫原子团簇的最稳定结构,可为OsSn(n=1~7)团簇的半导体电子材料合成提供优选方案。

密度泛函理论对一类团簇结构和电子性质的研究

本文利用密度泛函理论的B3PW91方法,在基组6-311G的水平上对BMgn(n=1-10)团簇的几何结构和电子性质进行了系统的研究。对BMgn和Mgn团簇的基态结构比较发现,B原子的掺杂使Mgn(n=1-10)的团簇结构对称性明显降低,由团簇的平均结合能、二阶能量差分、劈裂能,HOMO-LUMO Gap得出n=9是BMgn(n=1-10)团簇的幻数,并对BMgn和Mgn+1(n=1-10)团簇作了比较。

W_nH_2(n=1-6)团簇结构与性能的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对H_2与W_n(n=1-6)团簇的相互作用进行了计算研究。结果表明,W_nH_2体系的最低能量结构是H2分子的解离性吸附,基本是在W_n团簇最低能量结构的基础上吸附H原子生长而成,说明吸附H原子未改变W_n(n=1-6)团簇的结构和形状;W_nH_2团簇的稳定性比W_n团簇要好;NBO分析表明,W原子比H原子对电荷调节能力稍强,较易与其他原子作用形成新的混合团簇。

B_nY(n=1—11)团簇的结构和电子性质

利用密度泛函理论TPSSh方法对B采用6-311+G(d),对Y采用Lanl2dz相对论有效势基组,研究了BnY(n=1—11)团簇的平均结合能、二阶能量差分、最高分子占据轨道和最低空轨道之间的能级间隙、极化率和第一静态超极化率等物理化学性质.结果表明,随着尺寸的增大,BnY(n=1—11)团簇的最低能量结构从平面逐步演变为立体结构.随硼原子数n的增加,团簇的平均结合能表明了较好的热力学稳定性,有利于Y掺杂B团簇形成较大的块体材料.二阶能量差分表明基态B3Y,B5Y和B7Y团簇较相邻团簇稳定.能隙表明了基态B3Y,B5Y,B7Y和B9Y的化学稳定性较高.综合说明BnY(n=1—11)硼团簇中,基态B3Y,B5Y和B7Y具有较好的稳定性.极化率表明基态BnY团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,第一静态超极化率表明基态B5Y,B4Y,B3Y和B6Y平面结构的团簇具有明显的非线性光学性质,为寻找性能优异的非线性光学材料提供了一定的参考.

密度泛函理论研究(IrO_2)_n(n=1～5)纳米团簇的稳定性及其电子性质

采用密度泛函理论（DFT）中的UB3LYP方法全参数优化了（IrO2）n（n=1-5）纳米团簇的几何构型,并对能量、频率、电子性质以及相对稳定性进行了研究。结构优化表明,当n=1,2时,团簇为平面结构,n〉2时为三维结构。计算结果表明,桥位O原子与Ir原子之间有更多的电荷发生转移;通过计算解离能可知（IrO2）n（n=2-5）纳米团簇中Ir4O8为稳定分子;经计算垂直电离能和垂直电子亲和势可知n=2,4为团簇的幻数。