团簇Ti3Al3的磁性及自旋密度研究

设计团簇Ti3Al3模型,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行一系列的优化、计算。研究发现团簇Ti3Al3在二、四重态下的构型具有磁性,且Ti原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大;d轨道的电子自旋态密度图对称性最差,说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源。另外,在0 eV处,由于存在巡游电子的磁性,使自旋向上的α电子和自旋向下的β电子发生位置互换,且磁距完全对称。

团簇Ti_3Al_3的成键及结构稳定性研究

采用密度泛函理论方法,通过B3LYP/lanl2dz对团簇Ti_3Al_3的所有可能的构型进行优化计算,最终得到11种能够稳定存在的构型。从结构能量角度分析,发现四重态能量低于相应二重态的能量,四重态比二重态更稳定。这些构型的结合能EBE均大于零且吉布斯自由能变△G均小于零,可以自发反应。在所有构型中1(2)、1(4)是不同重态的相同构型,能量最低,结合能EBE最大,吉布斯自由能变△G最小,因此1(2)、1(4)最易发生自发反应且稳定性最好。从键长、键级角度分析,Ti-Ti、Ti-Al键对团簇Ti_3Al_3的稳定性起主要作用。

团簇Ti_3Al_3的电子性质及催化活性

通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。