RuSi_n(n=1～6)团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在（U）B3LYP/Lan L2DZ水平研究了Ru Sin（n=1~6）团簇体系的稳定结构及电子性质.结果发现：Ru Sin（n=1~6）团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,Ru Si6团簇是Ru Sin（n=1~6）团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,Ru Sin（n=2,4~6）团簇的最低能结构出现电荷反转现象.HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且Ru Si的化学活性是Ru Sin（n=1~6）团簇最强的.通过对团簇磁矩的研究发现,Ru Si和Ru Si3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且Ru Sin（n=1~6）团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.

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.

W_nC^(0,±)(n=1,…,6)团簇结构与电子性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP在Lanl2dz基组水平上对WnC0,±(n=1,…,6)团簇的各种可能构型进行几何结构优化,得出它们的基态构型,并对基态构型的稳定性和电子性质进行理论研究.结果表明,当n>3时,稳定构型从平面转变成立体结构,同时C原子趋向于表面最稳定;C原子的掺入使得Wn团簇的稳定性增强,其中W3 C团簇稳定性最高,可看作WnC0,±(n=1,…,6)团簇的结构基元;通过比较WnC与纯Wn团簇的垂直亲和能(VEA)和垂直电离能(VIP)可知,WnC团簇更易得到电子,非金属性增强.

RuSi_(n)^(±)(n=1~6)团簇的几何结构、电子性质与磁性的理论研究

运用杂化密度泛函理论在(U)B3LYP/LanL2DZ水平研究了RuSi_(n)^(±)(n=1~6)团簇的几何构型、电子性质和磁性.结果发现:RuSi_(n)^(±)(n=1~6)团簇除n=5外,基本保持了RuSi_(n)(n=1~6)团簇的基本框架.RuSi_(2)^(+)团簇和RuSi_(3)^(-)团簇分别是RuSi_(n)^(+)和RuSi_(n)^(-)(n=1~6)团簇最低能结构中热力学稳定性最强的团簇.在RuSi_(n)^(+)和RuSi_(n)^(-)(n=1~6)团簇中Ru原子比Si原子对体系电荷贡献大.HOMO和LUMO的研究结果说明,RuSi_(n)^(-)(n=1~6)团簇的LUMO对电子没有亲和力.RuSi^(+)是RuSi_(n)^(+)(n=1~6)团簇中化学稳定性最强的团簇.而RuSi_(5)^(+)团簇是化学活性强弱的团簇.RuSi_(n)^(±,0)(n=1~6)团簇的极化率张量随Si原子数目n的变化规律基本相同,都随着n的增大而减小,意味着RuSi_(n)^(±,0)(n=1~6)团簇原子间的相互作用随着n的增大而减弱.极化率各向异性不变量(Δα)随n变化的规律也几乎相同,只是随着n的增大增加缓慢而已.RuSi_(n)^(+)(n=1~6)团簇的总磁矩都增加了1.00μ_(B),而RuSi_(n)^(-)(n=1~6)团簇的总磁矩均为1.00μ_(B).

Ni^+Ne_n(n=1-7)和Ni^+Ar_n(n=1-6)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+G(d)基组水平上对Ni+Nen(n=1-7),Ni+Arn(n=1-6)团簇的各种可能构型进行了几何优化,得到了团簇的最稳定结构,并对最稳定构型的电子结构、电荷分布进行了理论分析.结果表明:当团簇离子n≤4时为平面构型,n>4时为立体构型.同时,能量分析和自然键轨道(NBO)分析表明Ni+Nen团簇的稳定性不如Ni+Arn.

Be_n(n=1～6)团簇吸附H_2的密度泛函研究

采用密度泛函广义梯度近似(GGA)的PW91方法,用全电子基组DNP对Ben(n=2～6)团簇几何结构进行优化,计算了团簇的总能、平均结合能、振动频率、最高已占据轨道能级、最低未占据轨道能级、能隙、垂直电离势和垂直亲和势。在Ben(n=1～6)团簇的顶位、桥位和穴位吸附H2后,进行了吸附物的几何优化和能量计算,得到最佳吸附位,并计算了吸附前后的总态密度和Mulliken电荷布居。结果表明:团簇中Be原子数增多,稳定性增强;吸附H2的吸附能处于0.0061982～0.0089722a.u.之间;随着Be团簇原子数量增加,与H的s-p杂化程度增强;吸附位对应的电荷转移量越大,吸附越牢固。

碱土金属叠氮化合物(MgN_6)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(MgN6)n(n=1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究。结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,MgN6团簇最稳定结构为直线型;(MgN6)2团簇最稳定结构为Mg2N2四元环平面结构;(MgN6)n(n=3～5)团簇最稳定结构是由2个叠氮基与2个Mg原子首先构成近似菱形,再由近似菱形延伸形成的链状结构。叠氮基中间的N原子显示正电性,两端的N原子显示负电性,且与Mg直接作用的N原子负电性更强,金属Mg原子和N原子之间形成很强的离子键。(MgN6)n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分,其最强振动峰均位于2209～2313cm-1,振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动。稳定性分析显示,(MgN6)3和(MgN6)5团簇相对于其他团簇较为稳定。

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。

(HgSe)n(n=1～6)团簇结构和性质的密度泛函研究

本工作采用LANL2DZ赝势基组、B3LYP方法对（HgSe）n（n=1~6）团簇进行了结构优化、自然键原子轨道和频率计算,得到（HgSe）n（n=1~6）团簇基态的平衡几何结构、电子状态、垂直电离势、垂直电子亲和势、偶极矩、三个基本热力学函数等相关性质,并系统分析了该团簇的几何构型、原子净电荷布局、前沿分子轨道特征.结果表明：基态稳定结构（HgSe）2为平面四边形,（HgSe）n（n=3~6）为笼状结构,且稳定顺序为（HgSe）5〉（HgSe）4〉（HgSe）6〉（HgSe）2〉HgSe〉（HgSe）3,极性顺序为：（HgSe）4〉HgSe〉（HgSe）3〉（HgSe）5〉（HgSe）6〉（HgSe）2,（HgSe）6和（HgSe）2分子空间结构的对称性较好.（HgSe）n（n=1~6）团簇各体系都有较好的电子供体及受体等活性部位,随着n增大轨道离域现象明显,利于电子的转移,导电性增强.

理论研究气相中NH_4^+(H_2O)_n(n=1~6)簇合物的结构特征

利用密度泛函理论中B3LYP方法,6-31G(d,p)基组对NH4+(H2O)n(n=1~6)簇合物进行几何优化,得到了稳定结构.本论文分析了NH4+(H2O)n(n=1~6)簇合物的稳定结构,发现NH4+与H2O以线性氢键结合成的簇合物结构最稳定,其次是二叉结构,再次是三叉结构.

DFT对Rb^+水合团簇及其相关性质的分析

运用密度泛函理论(DFT)在ωB97XD/gen(O、H元素Aug-cc-PVDZ;Rb元素Lanl2DZ)基组水平上研究了[Rb(H2O)n]^+(n=1~12)水合团簇的结构和光谱学性质。研究结果表明,通过分析气相和液相中的稳定能以及水合团簇可知,稳定构型出现在8配位的团簇中。第一配位层水分子数为8时形成Rb^+第一近似饱和水合层。此外,拉曼光谱显示[Rb(H2O)n]^+(n=1~12)水合团簇中O-H伸缩振动峰随着水分子数增加发生移动和加宽,Rb^+发生水合时,O-H对称和非对称伸缩振动发生红移,随着水合数的增多,频率蓝移。此外,文中对拉曼光谱中O-H振动的频率位置结合团簇结构进行了说明。

Os_nN^(0,±)(n=1—6)团簇几何结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在Lanl2dz基组水平上对(OsnN)0,±(n=1—6)团簇的各种可能构型进行了几何参数全优化,得到了它们的基态构型;并对基态构型的平均结合能(Eb)、二阶能量差分(Δ2En)、解离能(Ed)和能隙(Eg)进行了理论研究.结果表明(OsnN)0,±(n=1—6)团簇存在多种异构体,随着原子数增多,N原子趋向于团簇的外围端点;(OsnN)0,±(n=1—6)团簇表现出明显的"奇-偶"振荡和"幻数"效应,原子数为偶数时要比奇数时的稳定性要高,Os3N+,Os5N+团簇稳定性最好,n=4团簇稳定性较差;(OsnN)0,±(n=1—6)团簇其稳定性比纯锇团簇有显著提高.

(Os_nN)^(0,±)(n=1—6)团簇电子结构与光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP方法在赝势基组LANL2DZ水平上对OsnN0,±(n=1—6)团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出了它们的基态构型,并对基态结构的磁学性质、自然键轨道(NBO)、光谱和芳香性进行了理论研究.研究结果表明:OsN-和Os5N-团簇发生了"磁矩猝灭"的现象,在Os2N和Os4N0,±团簇中Os原子与N原子之间属于反铁磁性耦合;团簇的NBO电荷分布取决于原子的相对位置,处于端点的N原子发生电荷转移要比处于中间的N原子明显;OsnN0,±(n=1—6)团簇的红外光谱和Raman光谱的各振动峰明显;Os5N-团簇的芳香性最强.

W_n(n=1—6)团簇吸附CO的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/LANL2DZ基组水平上对钨团簇吸附CO分子进行了系统研究.结果表明,WnCO团簇的基态结构是在Wn团簇中性或阴离子基态结构的基础上吸附CO生长而成;CO的吸附以端位吸附为主,桥位吸附为辅;CO分子在Wn团簇表面发生的是非解离性吸附.与优化的CO键长(0.116nm)相比,吸附后C-O键长变长(0.120—0.123nm),表明吸附后C-O键被削弱,CO分子被活化了.稳定性分析表明,在所研究的团簇中,W3CO和W5CO团簇的稳定性较强;自然键轨道(NBO)分析表明,W原子与CO分子相互作用的本质是CO分子内的杂化轨道与W原子6s,5d,6p和6d轨道相互作用的结果.

碱土金属叠氮化合物(CaN_6)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(CaN6)n(n=1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究.结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,CaN6团簇的最稳定结构为线型结构,(CaN6)n(n=2～5)团簇首先由两个叠氮基与两个Ca原子构成一个近似菱形,再由菱形相互垂直形成链状最稳定结构;叠氮基中间的N原子显示正电性,两端的N原子显示负电性,且与Ca直接作用的N原子负电性更强,金属Ca原子和N原子之间形成很强的离子键;(CaN6)n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分,其最强振动峰均位于2195～2280cm-1,振动模式为叠氮基中N—N键的反对称伸缩振动;稳定性分析显示,(CaN6)3和(CaN6)5团簇相对于其他团簇较为稳定.

三明治结构Ta_n(B_3N_3H_6)_(n+1)团簇的磁性和量子输运性质

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,本文对小尺寸团簇Ta_n(B_3N_3H_6)_(n+1)(n≤4)的磁性和量子输运性质进行了系统的研究.计算结果表明,此类体系采用三明治结构作为其基态并且具有较高的稳定性.体系的磁矩随团簇尺寸的增大而线性增大.当把Ta_n(B_3N_3H_6)_(n+1)团簇耦合到Au电极上时,形成的Au-Ta_n(B_3N_3H_6)_(n+1)-Au体系在有限偏压下展示出了较强的自旋过滤能力,因而可以被看做是一类新型的低维自旋过滤器.

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。

Cs^+水合结构的密度泛函理论计算研究

基于密度泛函理论在ωB97XD/gen def2-tzvp基组水平上对[Cs(H_2O)_n]^+(n=1～15)水合团簇结构的振动光谱进行了研究。研究表明,随着水分子数的增加,在气相和液相中,八配位的Cs^+水合团簇是最稳定的;随着水分子数的增加,Cs-O键长增大,Cs^+上的电荷密度减小。当水分子数大于11时,Cs-O键长和Cs^+上的电荷密度变化很小。O(H_2O)-O(H_2O)距离、∠O(H_2O)-Cs-O(H_2O)°统计结果表明,15个水分子足以形成Cs^+的近似饱和水合层。此外,红外光谱显示[Cs(H_2O)_n]^+水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加而发生变化,由此可以作为鉴别水合层位置的一种参考方法。