Mg_(17)Al_(12)(110)表面终端稳定性的密度泛函理论研究

Mg_(17)Al_(12)(110)面具有T1~T5共5个可能的终端结构。长期以来,T3一直被认为是该表面最稳定的终端,然而最近的理论计算表明T1终端可能更加稳定。为了解决这一争议,本文作者采用密度泛函理论计算揭示Mg_(17)Al_(12)(110)面最稳定的终端形式。表面能计算结果表明,不论Mg_(17)Al_(12)(110)面是否存在缺陷,T1总是该面最稳定的终端。T1终端的高稳定性可能与Mg_(17)Al_(12)中的Al截角四面体有关,因为只有沿着T1终端截取Mg_(17)Al_(12)(110)面才不会破坏Al截角四面体的完整性。除了揭示最稳定的终端,还计算了Mg_(17)Al_(12)(110)面的功函数,结果表明该面的功函数主要由表面的AlMg缺陷浓度决定。

密度泛函理论对Cd_nTe_n(1≤n≤12)团簇结构与性质的研究

采用基于密度泛函理论的DMol 3软件包对CdnTen(1≤n≤12)团簇的几何结构进行优化,并对其能量、频率以及电子性质进行模拟分析.结果表明,团簇CdnTen(1≤n≤12)与团簇CdnSen(1≤n≤12)具有相似的最低能量结构:当n=1～3时,团簇的最低能量结构是平面结构;当n=4～12时,团簇的最低能量结构可以看成是由Cd2Te2和Cd3Te3团簇的最低能量结构组成的三维笼状结构;当n=12时,Cd12Te12团簇的最低能量结构为一个完美的球壳.随着团簇尺寸的增大,转移的电荷逐渐增加,转移的电荷量有达到块体中电荷值的趋势.团簇的总能量二阶有限差分,平均结合能以及能隙都显示团簇的幻数为Cd3Te3,Cd6Te6和Cd9Te9.

CdnSn(1≤n≤12)团簇结构与电子性质的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的Dmol3模拟软件包对CdnSn(1≤n≤12)团簇的几何结构进行优化,并对其能量、频率以及电子性质进行了模拟分析。结果表明,当n=1～3时,团簇的最低能量结构是平面结构;当n=4～12时,团簇的最低能量结构可以看成是由Cd2S2和Cd3S3团簇的最低能量结构连接而成的三维结构。随着团簇尺寸的增大,转移的电荷逐渐增加,转移的电荷量有达到块体中电荷值的趋势。团簇的总能量二阶有限差分,平均结合能以及最高已占据轨道和最低未占据轨道的能隙都显示团簇的幻数为n=3,6和9。

笼状团簇Mg_(12)B_(24)结构与性质的密度泛函理论研究

运用杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*水平上优化得到了一种Mg _(12) B _(24)团簇的笼状稳定结构,其IR最强吸收峰位于205.23 cm^(-1),Raman谱的最强峰位于242.63 cm^(-1).Mg _(12) B _(24)团簇笼状结构中B原子主要是sp杂化轨道参与成键,Mg原子主要是s轨道参与成键.团簇中B原子层堆积了大量的电子,表明MgB 2的超导作用主要发生在B原子层;B原子层电子存在较强的离域性,也为超导电性提供了条件;Mg原子起了提供电子的作用.

采用密度泛函理论对二元合金Pb_(n)Ag_(n)(n=2–12)团簇的结构和电子性质进行研究

采用密度泛函理论中的GGA-BLYP近似对Pb_nAg_n(n=2–12)团簇的结构和电子性质进行研究,且所有的计算都是在DMol^3模块中进行的。采用优化过的Pb_nAg_n(n=2–12)团簇作为从头算分子动力学的初始结构并采用从头算分子动力学对其基态结构进行搜索,最终得到了Pb_nAg_n(n=2–12)团簇的基态结构。基于Pb_nAg_n(n=2–12)团簇的基态结构演变规律发现,Ag原子倾向于聚集在一起且占据在团簇的中心的位置而被周围的Pb原子包围,这也与铅富集贵金属的现象以及文献报道的实验结果一致。对Pb_nAg_n(n=2–12)团簇的平均结合能、HOMO-LUMO能隙、垂直电子电离势、垂直电子亲和势、化学硬度η、HOMO轨道、LUMO轨道和态密度进行了计算。研究结果表明,当n≤5时,HOMO-LUMO能隙、垂直电子电离势、垂直电子亲和势和化学硬度η的值显示出了明显的奇–偶振荡现象;随着团簇尺寸的增大,Pb_nAg_n(n=2–12)团簇的化学稳定性降低,且显示出由绝缘性向金属性的过渡;PbnAgn(n≥9)团簇是用于计算Pb–Ag合金性质的理想候选者。这些可很好地用铅原子和银原子在–0.5 Ha～0.25Ha之间的态密度(DOS)来解释。

双金属团簇Cu_(12)Fe吸附CO和H_(2)的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu_(12)Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H_(2)在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H_(2)吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.

密度泛函研究Pb_(12)团簇的结构和电子性质

用密度泛函理论研究了Pb12团簇几种异构体的原子结构和电子性质,发现基态是形变二十面体笼结构,而完好的高对称性(Ih)二十面体结构是能量非常接近基态的亚稳态.高对称性团簇形成稀疏离散的电子态密度和大的电子能隙.

金属间化合物YFe_(12-x)M_x(M=V,Cr)的结构和磁性研究

采用线性缀加平面波展式结合改进的局域轨道方法(APW+lo),基于密度泛函理论(DFT),优化、计算和分析了Y、Fe、V、Cr和YFe12-xMx(M=V、Cr;x=0～5)体系的结构和能量。系统的总磁矩和原子磁矩的计算表明,YFe12-xMx的磁矩主要来源于Fe,但是随着M浓度的增加而减小,这是因为M的加入不仅会降低体系中Fe的浓度,而且还将影响Fe之间相互作用导致Fe磁矩下降。利用计算获得的系统总的电子态密度和Fe的电子态密度对计算结果进行了分析。

C_(80)衍生物C_(80)X_(12)(X=H,F,Cl,Br)的理论研究

为了从理论上预测与C80Cl12具有相似结构的C80X12簇存在的可能性,基于密度泛函B3LYP理论,用6-31G*基函数对富勒烯C80及其衍生物C80X12(X=H,F,Cl,Br)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究,得到了这些衍生物的几何结构、总能量、前线轨道能级差和反应热.计算结果表明,C80X12(X=H,F,Cl,Br)均是势能面上的稳定驻点;C80X12的隙能比C80大,并且这些加成反应都是放热的,因此它们都应该能够合成出来.

12顶点[1-R-CB_(11)-Me_(11)]-碳硼烷氧化-还原过程二阶NLO效应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对12顶点[1-R-CB11-Me11]-碳硼烷的结构和二阶非线性光学(NLO)调节效应进行计算分析.结果表明,C位连接的取代基R供、吸电子能力的不同以及分子发生可逆氧化-还原反应对分子构型有一定影响.由自然键轨道(NBO)电荷和电子自旋密度分析可知,分子的氧化中心是碳硼笼,分子的氧化反应可导致碳硼笼部分给、受体特性发生改变.氧化态分子的第一超极化率总有效值(βtot)大于相应还原态分子,当C位取代基R为供电子基团(—NH2)的分子时,氧化态与还原态的βtot值变化最大.这类分子的氧化-还原反应可以有效调节二阶NLO光学效应.

12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论方法,计算分析了系列12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物的非线性光学(NLO)性质和电子光谱.结果表明,2个P(CH3)3配体的结构变化对配合物的原子间距离影响较小,Ni(Ⅱ)配合物的极化率随取代基共轭性和空间体积的增加而增大.增强配合物的共轭性及改变P(CH3)3配体结构对二阶NLO系数有明显影响,其中取代基为苯胺的配合物5b的第一超极化率总有效值(βtot)最大.分析配合物的电子光谱和相应的分子轨道组成可知,配体内的电荷转移以及配体到金属的电荷转移对二阶NLO系数贡献较大.

金基二元合金团簇Au_(12)M(M=Cu,Pt,Ni)催化水煤气变换反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)对Au12M(M=Cu,Pt,Ni)3种合金团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性进行研究,并对金基二元合金团簇催化水煤气变换反应(WGSR)的反应机理进行探讨.研究发现,Au12Ni合金团簇的稳定性及电子活性最优.考察了WGSR在金基二元合金团簇上的氧化还原机理和羧基机理,表明Au12Cu合金团簇上WGSR按照氧化还原机理A进行,水解离后产生的OH*会继续解离为O*和H*(*代表吸附物质);Au12Pt及Au12Ni合金团簇上按照氧化还原机理B进行,2个OH*发生歧化反应.比较3种团簇上的最佳反应路径发现,Au12Cu团簇对WGSR表现出较好的催化活性.

3d过渡金属元素掺杂Al_(12)N_(12)纳米线几何结构和电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同3d过渡金属元素(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂Al_(12)N_(12)纳米线的几何结构、稳定性和电子结构.结果表明:所有掺杂体系均是热力学稳定的;掺杂Ni时体系保留了原有的非磁性间接带隙半导体特性;当掺杂其它原子(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co)时体系仍然保持为半导体,但带隙明显减小.掺杂过渡金属原子对于Al_(12)N_(12)纳米线的电子结构具有明显的调控作用,在能带调控和光电方面有潜在的应用前景.

基于理论计算探究CYP4F12催化花生四烯酸机制

为分析细胞色素P450(CYP)4F12催化花生四烯酸(AA)的反应过程,使用密度泛函理论(DFT)、同源建模、分子对接和分子动力学(MD)模拟进行计算研究。基于花生四烯酸与血红素基团最终氧化物(Cpd I)模型的密度泛函理论计算表明,ω-2位点羟基化的能垒比其他潜在代谢位点的能垒低约5~26 kJ/mol。ERRAT、PROCHECK等证实建模蛋白具有良好的结构特征。分子对接与分子动力学模拟的结果表明,ω-2位点在催化过程中更易接近活性氧原子,且活性位点附近氨基酸残基Asn122和Ser399在稳定底物中起主要作用。结合自由能分析也表明,氨基酸残基Asn122和Ser399对催化发生具有重大贡献。研究揭示CYP4F12催化花生四烯酸的结合模式,为研究CYP4酶提供了研究思路和理论指导。

Cd_nSe_n(1≤n≤12)团簇结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Cd_nSe_n(1≤n≤12)团簇的几何结构进行优化,并对其能量、频率以及电子性质进行了模拟分析.结果表明,当n=1～3时,团簇的最低能量结构是平面结构,Cd-Se键长是影响硒化镉团簇总能量的重要因素;当n=4～12时,团簇的最低能量结构可以看成是由Cd_2Se_2和Cd_3Se_3团簇的最低能量结构连接而成的三维结构,而Se-Cd-Se键角是影响硒化镉团簇总能量的主要因素.随着团簇尺寸的增大,转移的电荷逐渐增加,转移的电荷量有达到块体中电荷值的趋势.团簇的总能量二阶有限差分,平均结合能以及最高已占据轨道和最低未占据轨道的能隙都显示团簇的幻数为n=3,6和9.

外场作用下C_(12)H_4Cl_4O_2的分子结构和电子光谱研究

各种环境毒物危害着人类的生产生活,二噁英更是严重危害人类的健康. C_(12)H_4Cl_4O_2(2, 3, 7, 8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin, TCDD)是二噁英中毒性最强的化合物,也是目前已知毒性最强的污染物.为研究TCDD外场效应,采用密度泛函理论方法优化了不同静电场0—0.025 a.u.(0—1.2856×10^(10)V/m)作用下TCDD分子的基态几何结构,得到了分子总能量;在此基础上,采用含时密度泛函理论方法对TCDD分子的紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱在不同外电场下的变化进行了研究.结果表明:分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子总能量随着外电场的增强而减小;伴随着外电场的增强,分子激发态的摩尔吸收系数逐渐减小, UV-Vis吸收峰显著红移.

环保型C6F12O气体绝缘介质过热分解的反应热力学特性

由于电力工业SF6气体引起的温室效应问题已不容忽视,而环保型绝缘气体C6F12O有在中低压气体绝缘封闭开关设备C-GIS替代SF6气体的潜能,但其在C-GIS发生局部过热性故障时的稳定性问题至今仍未被研究。为此,首先在已有的气体绝缘介质局部过热分解实验系统上初步进行C6F12O过热分解实验,并结合理论计算分析可知C6F12O在高温状态下分解的主要产物有CO、CF4、C2F4、C2F6、C3F6、C3F8、C4F8、C4F10、C5F12和C6F14等;在实验研究的基础上,利用密度泛函理论Hybrid:B3LYP方法对C6F12O和主要分解产物进行分子结构优化,计算C6F12O分子内的各个键的键能,从键能的角度详细分析C6F12O分子在过热状态下断键的先后顺序和可能性;详细计算整个C6F12O分子体系在过热状态下发生过热分解的反应热力学特性,从分子层面上初步揭示了C6F12O的热稳定性,为将来系统研究C6F12O绝缘热稳定性奠定了理论基础。

Al掺杂Sn_(12)^-团簇结构及电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法,在混合基组水平上对Al掺杂Sn12-团簇几何结构和电子结构进行了计算分析.结果表明,Al内掺杂Sn12-团簇能量更低更稳定,但LU-MO-HOMO能隙较小.外掺杂多面体簇中,电荷从Al原子移向Sn12-笼,趋向形成[Al+Sn122-]结构;内掺杂多面体簇中,电荷从Sn12-笼移向Al原子,趋向形成[Al-@Sn12]结构.

C_(24)和B_(12)N_(12)团簇的结构与稳定性

本文采用量子化学密度泛函理论的B3LYP/6-31G*方法,对C24和B12N12团簇的12种异构体进行了优化,并对它们的几何构型、振动频率、核独立化学位移(NICS)和结合能进行了理论探讨, 比较了C24和B12N12团簇结构的稳定性。研究表明:C24团簇的最稳定几何构型为类石墨结构d,B12N12团簇的最稳定结构为4/6笼状结构g。C24异构体的稳定性大小顺序为d > b > f > c > a > e。B12N12团簇异构体稳定性大小顺序为a > f> c> d > e >b。

氟利昂R12及其替代物的分子构型和特征光谱研究

采用密度泛函理论对氟利昂R12及其替代物R134a在B3LYP/6-311G++(d,p)基组水平上进行结构优化和特征光谱计算.首次在该高精度基组下优化得到了R12和R134a的键长、键角和二面角等分子构型参数,且通过进一步的计算,得到了这两种分子的红外光谱和拉曼光谱.其中R12红外光谱的计算结果与美国国家标准局数据库(NIST)提供的实验结果基本吻合,说明了计算结果的准确性.另外通过从头算CIS方法对能量进行计算,得到了R12和R134a的紫外可见吸收光谱.计算结果可为进一步保护大气臭氧提供有用的数据参考.