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.

(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。

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.

Pd_nY,PdY_n(n=1～4)团簇的结构与能级分布

在相对论有效原子实势(RECP)近似下,用密度泛函理论(DFT)方法,对PdnY,PdYn(n=1,2,3,4)团簇各种可能的几何构型进行全优化计算,得到它们的基态结构和光谱性质。结果表明:团簇Pd3Y,Pd4Y,PdY3和PdY4基态为Cs构型。最后计算了团簇基态的能级分布和最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级间隙(HLG),分析了团簇的化学活性。

Au_nAg_m^-(n+m=2～4)负离子团簇光脱附电子谱计算

利用密度泛函理论,通过几何优化和态密度计算了Au_nAg_m^-(n+m=2～4)团簇的光电子光谱,结果显示只有Au_2Ag_2^-团簇的第一个峰发生了0.5eV的红移,而其它团簇的峰位置符合的很好,因此理论计算给出的团簇结构是合理的.

B_4N_4团簇的理论化学计算

使用分子图形软件设计出多种B4N4的同分异构体,然后采用量子化学计算方法的密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平下对各个分子进行了全构型优化、谐振频率分析,结果表明有5种构型是势能面上的稳定驻点.对这些构型的几何构型、前线分子轨道和B4N4团簇中原子的成键性质、杂化方式进行了详细地分析.结果表明,B、N原子上加H后有利于分子团簇的稳定.

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.

利用密度泛函理论对Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4)团簇结构及性质的研究

由于Si与BN晶体有着特殊的物化性质,对Si BN三元掺杂团簇结构、性质的研究及功能材料的研发有着重要的意义。文中采用密度泛函理论中的B3LYP/6-31G(D)方法,对Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4)团簇所有可能构型进行了全面优化,得到相应基态结构,进一步研究了团簇对称性、电子态、平均结合能、能隙(HOMO-LUMO)、键角N-Si-N和N-B-N。结果表明:团簇Si_2B_nN_(n+2)^(0±)基态均为平面单环或近似平面单环结构,平均结合能随n均单调递增;正离子团簇相比中性团簇能隙均增加,化学稳定性增强,当n=2时能隙增加最大,值为12.969 ev;Si_2B_nN_(n+2)^(0±)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为1.053,0.718,-0.858 e,Si_2B_nN_(n+2)^(+)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为0.920,0.487,-0.457 e,Si_2B_nN_(n+2)^(-)(1≤n≤4),Si,B,N平均自然电荷分别为0.294,0.247,-0.491 e。全面优化获得(BN)n团簇在结构、对称性、能量等方面与已有研究的(BN)n团簇符合的较好,说明计算是可靠的。

N_4O_n(n=3～5)团簇结构与分解机理的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G*水平上对N4On(n=3～4)团簇异构体的结构进行优化,得到了5种N4O3、5种N4O4,在能量方面探讨了其作为高能密度材料的可能性。采用3种密度泛函理论(DFT)方法 B3LYP、BB1K、MPWB1K和6-31G*基组,找到了5个N4On(n=3～5)团簇(N4O3中的A3、A4,N4O4中的B3、B4,N4O5中的Z8)分解反应的过渡态,并探讨了它们的分解反应机理;B3LYP方法的能垒明显比另两种方法低很多;BB1K和MPWB1K方法能垒很接近,结果比B3LYP方法可靠,是计算过渡态的较好方法。

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。

团簇Cr_nB_2(n=1～4)稳定构型及组成比例

摘要：为深入了解团簇CrB体系的结构与性质，本文在利用密度泛函理论方法对团簇的所有可能构型优化计算的基础上，结合能量学原理对团簇CrnB2（n=1-4）稳定构型的组成比例进行研究。结果表明：不同组成的团簇CrnB2（n=1～4）均是以三重态构型更稳定，三重态构型所占比例总和在77．13％～99．65％；从结合能和吉布斯自由能变看，具有四角锥构型的团簇CrnB2（CI（3））最稳定。

密度泛函理论研究Nb_2Ge_n(n=1～4)团簇

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平上对Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇进行了系统的理论研究,得到Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇的最低能结构的几何构型和电子性质.优化结果表明:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇最低能结构的自旋多重度均为单重态.团簇最低能结构的电子态与团簇的大小有关.当n为奇数时,团簇的电子态为~1A^1,n为偶数时电子态为1A.通过对计算平均束缚能和分裂能发现:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中热力学稳定性最强的是Nb_2Ge_2团簇;最弱的是Nb_2Ge_4团簇.自然电荷分布的结果说明Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中当n=1-2时,电子转移正常,而当n=3-4时出现电荷反转现象.同时还研究了HOMOLUMO能隙、磁性和红外光谱.

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.

Mg_mB_n(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质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MgmBn(m=1,2;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、电离势、成键特性、极化率和超极化率等性质进行了理论研究.结果表明,团簇的最稳定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原子通常处在端位,且显正电性;团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存,极少出现Mg-Mg键,计算得到的B-B键键长在0·153—0·182nm之间,B-Mg键键长在0·221—0·231nm之间.

(Ca3N2)n(n=1-4)团簇结构与性质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(Ca3N2)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,(Ca3N2)n(n=1—4)团簇最稳定构型中N原子为3—5配位,Ca—N键长为0.231—0.251 nm,Ca—Ca键长为0.295—0.358 nm;N原子的自然电荷在-1.553e—-2.241e之间,Ca原子的自然电荷在1.035e—1.445e之间,Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性,Ca3N2和(Ca3N2)3团簇有相对较高的动力学稳定性.

N_4~＋的生成与检测

用从Nd:YAG激光器发出的波长532nm的激光(能量约为10mJ/pulse)溅射由BN、ZrN粉末分别压成的直径13mm、厚度约2～5mm的固体压片样品,生成了含氮团簇N4+。实验中,用高纯氮气为载气,辅助含氮团簇的生成并冷却激光溅射所产生的团簇。反射式飞行时间质谱仪监测反应过程证实N4+的存在,且其存在时间超过200μs。

SO_4^(2-)微观水合结构DFT研究

运用密度泛函理论(DFT)计算方法系统研究硫酸根阴离子水合团簇,[SO_4(H_2O)_n]^(2-)(n=1-18),微观水合结构。理论计算采用ωB97XD泛函和6-311++G(d,p)基组。每个尺寸团簇结构,尽可能考虑所有合理初始结构,以此进行结构优化和频率分析等。结果表明,气相和液相条件下SO_4^(2-)与H_2O之间的相互作用能和溶剂稳定化能均与团簇尺寸n成线性关系,因此优化得到稳定结构均是合理构型。在[SO_4(H_2O)_n]^(2-)水合团簇稳定结构中,氢键的形式有两种,即溶质-溶剂(SO_4^(2-)…HOH)之间形成的对称双氢键,以及溶剂-溶剂(H_2O... HOH)之间形成的氢键。当SO_4(H_2O)_n]^(2-)水合团簇的尺寸为5个水分子时,由于水分子内氢键的形成,出现氢键环状结构,且团簇结构中出现水分子内氢键时,结构较为稳定。随着n增加,氢键结构逐渐变为网状直至稳定的笼状。通过能量参数和键参数分析可知,当团簇尺寸n≥18时,SO_4^(2-)第一水合层水分子数≥9,而第二水合层还有待进一步研究。同时随着浓度降低SO_4^(2-)与H_2O分子之间总相互作用能增加,溶液中溶剂-溶质相互作用增强。