Ce_(3)S_n^(+/0/-)(n=1~12)团簇的结构、稳定性及电子性质研究

采用全局搜索技术结合TPSSh密度泛函方法对Ce_(3)S_n^(+/0/-)团簇的基态结构、稳定性和电子性质进行研究。结果表明,Ce_(3)S_n^(+/0/)团簇基态结构的生长模式均为:当n=5~12时,其基态结构均为以S原子为共顶点的双三棱锥构型Ce_(3)S_(4)为基元并在其上吸附1~8个S原子构成。其基态结构的基础上模拟了阴离子团簇的光电子能谱(PES),计算了团簇的电子亲和能(EA)、电离势(IP)、平均键能(E_(b))、二阶能量差分(△^(2)E)和HOMO-LUMO(E_(gap))能隙。结果表明,Ce_(3)S_(4)^(+)团簇具有良好的热力学和化学稳定性,可作为新型多功能纳米材料最合适的结构单元。

采用密度泛函方法研究Ce_(3)Se_(n)^(+/0/-)(n=1~12)团簇的结构、稳定性及电子性质

通过ABCluster全局搜索技术结合TPSSh密度泛函的方法研究了Ce_(3)Se_(n)^(+/0/-)(n=1~12)团簇的基态构型及结构演化模式。该团簇的结构演化模式主要分为两个阶段一个节点,即n≤3时,以Ce_(3)组成的三角形作为结构骨架,Se原子逐一吸附其上;当n=4时,Ce_(3)Se_(4)^(+/0/-)形成了稳定的不完整立方烷结构;n>4时,以Ce_(3)Se_(4)不完整立方烷结构成为新的结构骨架,Se原子逐个吸附其上。同时模拟了阴离子团簇的光电子能谱(PES),计算了团簇平均键能(ABE)、HOMO-LUMO能隙(E_(gap))和二阶能量差分(Δ^(2)E)。结果表明,Ce_(3)Se_(4)^(+)团簇表现出卓越的化学稳定性和热力学稳定性,在半导体纳米构筑模块材料领域具有潜在的应用价值。

VB_(2n)^(-)(n=8~12)团簇几何结构、电子及热力学特性的理论研究

基于卡里普索结构预测程序和密度泛函理论的第一性原理计算,搜索确定了VB_(2n)^(-)(n=8~12)团簇的基态和亚稳态结构。结果发现,V原子的掺杂完全改变了原硼团簇的结构并提高了原体系的稳定性。掺杂体系基态结构分别呈现高对称性的鼓状(VB_(16)^(-):C_(2v))、管状(VB_(18)^(-):C_(2v)和VB_(20)^(-):C_(s))及笼状(VB_(22)^(-):C_(2)和VB_(24)^(-):D_(3h))结构。基于基态结构,研究了体系的电荷转移和极化率,拟合出了光电子能谱、红外和拉曼谱图,分析了流变键和芳香特性。最后,研究了体系的热力学特性,讨论了温度对热力学参数的影响。

(H_(2)O)_(n)^(+)(n=2~5)团簇离子在308 nm处的光解动力学

本文利用一套高分辨圆柱形低温离子阱速度成像谱仪装置研究了小团簇离子(H_(2)O)_(n)^(+)(n=2-5)在308 nm处的光解动力学.通过记录光解产物碎片质谱和速度影像,发现二聚体水团簇(H_(2)O)_(2)^(+)解离生成H_(3)O^(+)和H_(2)O^(+)光碎片,表明其同时存在质子转移(H_(3)O^(+)-OH)和半束缚(H_(2)O-OH_(2))+两种构型,水团簇离子(H_(2)O)_(n)^(+)(n=3~5)普遍通过同时丢失OH和H_(2)O部分解离得到H+(H_(2)O)_(n-2,…,1)光碎片,并且(H_(2)O)_(5)^(+)团簇离子有一个仅通过丢失OH的额外通道得到H+(H_(2)O)4.前者表明(H_(2)O)_(n)^(+)(n=3~5)的构型是(H_(2)O)_(n-2)H_(3)O^(+)OH,后者表明在(H_(2)O)_(5)^(+)团簇离子中核H_(3)O^(+)和OH被H_(2)O分开.基于实验影像得到的光碎片各向异性参数为负值并且值较小,表明(H_(2)O)_(n)^(+)(n=2~5)团簇离子在光子吸收后经历垂直电子跃迁,随后缓慢解离,并导致光碎片的高内部激发.

荧光铜纳米团簇用于食品和环境中Cr_(2)O_(7)^(2-)的检测研究

重金属离子污染问题是食品和环境安全领域的一个重要课题,因此迫切需要开发科学灵敏的检测方法。文章使用4,6-二氨基-2-巯基嘧啶(DAMP)作为配体,在温和条件下,仅通过简单的搅拌,在10 min之内合成一种发射波长为590 nm的新型铜纳米团簇(copper nanoclusters,CuNCs)。鉴于该团簇对于重铬酸根离子(Cr_(2)O_(7)^(2-))高度的灵敏性和抗干扰能力,将其作为荧光探针,实现了对Cr_(2)O_(7)^(2-)的特异性和灵敏性检测,最低检出限为0.7μmol/L。通过加标回收试验,验证其在饮用水和湖水实际样品中对Cr_(2)O_(7)^(2-)的荧光检测能力,荧光变化显著,其加标回收率在94.3%~108.2%之间,相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)均低于5%。结果表明该荧光探针对食品和环境中的Cr_(2)O_(7)^(2-)具有良好的检测效果。

CoAlN(N=2-11)团簇基态结构的稳定性和磁性

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA),对CoAlN(N=2-11)团簇进行构型优化和磁性计算.在考虑自旋多重度的情况下得到了团簇的平衡构型及基态结构,并重点讨论了Co原子的sp-d杂化效应对体系稳定性和磁性的影响.结果表明:N为偶数时,团簇的基态为自旋双重态,Co原子磁矩随N增加整体上呈减小趋势;N为奇数时(除N=5为自旋三重态外),团簇的基态为自旋单重态,Co原子磁矩为零.N≥8时,Co原子陷入主团簇内部,体系的对称性降低,稳定性增强;轨道杂化增强了体系的稳定性,但减小了双重态和三重态体系中Co原子的磁矩;N=3,8,10是团簇CoAlN(N=2-11)的幻数.

负离子全金属团簇Ga_4^(2-)的芳香性的从头算理论研究

运用密度泛函理论的三种方法 (B3LYP、B3PW 91、PW91PW 91)与M ller plesset二级微扰方法 (MP2 )和极化分裂阶基基组 6 311+G(3df) ,对二阶负离子全金属团簇Ga2 -4与多种一阶负离子团簇MGa-4(M =Li、Na、Cu)稳定构型与振动频率作了计算 ,其中二阶负离子全金属团簇Ga2 -4最稳定的构型是正方形结构(D4h)。接着 ,从团簇结构、非局域π电子数目、分子轨道图形和Ga2 -4同MGa-4在结构与谐振频率、谐振模式的对比等多方面论述了Ga2 -4正方形结构 (D4h) )

离子团簇YSi_(n)^(±)(n=7-16)的几何结构和电子性质的相对论密度泛函研究

运用广义梯度近似的相对论密度泛函理论方法对YSi_(n)^(±)(n=7-16)离子团簇的几何结构、稳定性和电子特性进行了系统地数值模拟研究.与中性YSi_(n)团簇比较可得到以下结论:除YSi 10+和YSi 13+阳离子团簇外,YSi_(n)^(±)团簇基本都保持了中性YSi_(n)团簇的结构框架,这与垂直和绝热电离能的结果本质上是一致的;大多数离子团簇的原子平均束缚能都相对中性团簇有明显增大,表明离子团簇的结构稳定性都有增强,其中阳离子团簇YSi_(n)+(n=8,11和14)和阴离子团簇YSi_(n)-(n=9,12和14)比其相邻团簇的稳定性更强.电荷布居分析表明所有团簇中Y原子的HC电荷都在n=15处由正值变为负值,即当Y原子从Si_(n)框架表面位点落入硅笼中形成内嵌结构团簇时,电荷转移方向发生反转.阴离子团簇中电荷转移量普遍减小,而阳离子团簇中普遍增大.HOMO-LUMO能隙结果表明离子团簇比其中性团簇的化学稳定性更强.

F_(2)La_(2)^((0,-1))团簇的密度泛函研究

采用密度泛函B3LYP方法研究了团簇F_(2)La_(2)^((0,-1))体系的结构和稳定性。计算得到了F_(2)La_(2)^((0,-1))体系的稳定结构,确定出基态构型并计算其结合能,中性团簇体系基态结构为具有D_(2h)对称性的菱形结构,在该体系中平均结合能相对较大,稳定性较强;负离子体系的基态结构是具有C_(2V)对称性的蝴蝶型结构,在该体系中其平均结合能较大,稳定性较强。同时计算了体系稳定结构的能隙,两种体系基态结构的能隙大小近似相等,其化学活性相似。

Al_nCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对Al_nCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布居和极化率.研究结果表明:Al_nCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Al_n-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Al_n团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al_7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al_原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强.

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。

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。

KAlF4熔体中[Al_(2)F_(7)]^(-)离子团簇的原位拉曼光谱定量分析

以KAlF_(4)为基本组成的熔盐除作为新型低温铝电解工业的电解质外,还可作为钎剂大量用于各类铝散热器的钎焊中。因其熔体具有低粘度、低表面张力、超流动性和高腐蚀性等特性,该体系熔盐微结构的定量分析一直有较高的技术瓶颈。本文为研究KAlF_(4)熔体的微观构型,采用原位拉曼光谱技术辅以量子化学从头计算方法研究了KAlF_(4)熔体中[Al_(2)F_(7)]^(-)离子团簇的拉曼峰位和相对散射截面,并通过KAlF_(4)熔体拉曼光谱解谱对[Al_(2)F_(7)]^(-)离子进行定量分析。研究表明:KAlF_(4)熔体中除了已证实存在的K^(+)、[AlF_(6)]^(3-)、[AlF_(5)]^(2-)和[AlF_(4)]^(-)四种离子团簇外,还存在[Al_(2)F_(7)]^(-)离子团簇,且含量在1.75 mol%左右。

W及W-Mo团簇吸附H_2分子的密度泛函研究

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Wn(n=2–5)及W-Mo团簇几何结构进行优化,计算团簇电子结构参数,考察H2分子在W团簇上的吸附行为,并计算W4、W2Mo2团簇吸附H2分子的Mulliken电荷布居。结果表明:Wn(n=2–5)团簇为共价性成键特点,吸附H2分子的吸附能在0.02068 eV–1.9552 eV之间;Fukui指数分析发现合适的W、Mo比例,可降低团簇活性;Mulliken电荷布居说明H2分子在W-Mo团簇上的吸附不稳定。

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。

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。

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。

原位ATR-IR光谱实时研究DKDP的结晶过程

采用全反模式的红外(ATR-IR)光谱实时研究了不同氘含量KH_(2-x)D_(x)PO_(4)(DKDP)晶体的结晶过程,其中DKDP溶液氘含量范围为0到99%。通过υ_(1)()PO_(4))和υ_(3)(PO_(4))振动表征了DKDP结晶溶液中(H_(2)PO_(4)^(-))_(1-x)(D_(2)PO_(4)^(-))_(x)离子基团浓度的变化。υ_(1)(PO_(4))振动强度的变化和υ_(3)(PO_(4))振动宽度的变化说明生长溶液中的(H_(2)PO_(4)^(-))_(1-x)(D_(2)PO_(4)^(-))_(x)离子浓度随着测试时间延长而不断增大。同时,δ(P—O…H/D—O—P)振动峰的形成说明DKDP晶体的生长基元为(H_(2)PO_(4)^(-))_(n-x)(D_(2)PO_(4)^(-))_(x)离子团簇。波数在1448 cm^(-1)到1653 cm^(-1)范围内H—O—H和D—O—D振动强度的变化解释了DKDP晶体在结晶过程中氘含量分布不均的现象。

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。

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。