用第一性原理研究贵金属(Cu、Ag、Au)

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势法,首先计算了贵金属（Cu Ag Au）晶格常数及内聚能,在此基础上计算并分析了贵金属（Cu Ag Au）的态密度.计算结果表明,对于贵金属GGA给出的计算结果精度要高于LDA,计算所得结果与实验吻合.     

金属Ag的电子结构和性质

应用新发展的金属价键理论对金属Ag的电子结构和性质进行了系统研究。我们采用单原子状态自治法确定金属Ag的电子结构为[Kr](4d_n)~(5.33)(3d_c)~(4.53)(5S_f)~(1.14)。依据这种电子结构计算了晶格常数、结合能、势能曲线、体弹性模量和线热膨胀系数随温度的变化,理论值与实验值均符合较好。本文列举了金属Cu和Au的原子状态参数,键参数和主要物理性质,金属Cu的电子结构为[Ar](3d_n)~(4.89)(3d_c)~(4.77)(4S_f)~(1.34),金属Au的电子结构为[X_c](5d_n)~(4.65) (5d_c)~(4.71)(6S_c)~(0.62)(6S_f)~(1.02);分析了贵金属Cu,Ag和Au的共同特点和彼此间的差异;并以简明的方式说明价键理论和能带理论的要点,对比了两种理论所得金属Cu,Ag和Au的准电子占有数(QEO),它们彼此非常相近,这充分显示了价键理论与能带理论彼此是可以沟通的。     

全金属阳离子团簇X(X＝Au，Ag，Cu)芳香性的理论研究

运用密度泛函理论(B3LYP)、从头算方法(HF, MP2),对全金属阳离子团簇X(X＝Au, Ag, Cu)的稳定结构、振动频率、原子化能(atomization energy, AE)、最高占据态和最低空轨道能隙(homo-lumo gap)与电子总能量(考虑了零点能ZPE)作了理论计算.全金属阳离子团簇X(X＝Au, Ag, Cu)的稳定结构是D3h.在此基础上,研究了全金属阳离子团簇X(X＝Au, Ag, Cu)环状平面结构D3h的两种磁性质：各向异性磁化率(χanis)和核独立位移(NICS).计算结果表明：环状平面结构的全金属阳离子团簇X (X＝Au, Ag, Cu)具有很强的芳香性特征.对它们的分子轨道分析表明,环状平面全金属阳离子团簇X (X＝Au, Ag, Cu)具有多重芳香性,两个σ分子轨道和一个π分子轨道对全金属阳离子团簇X (X＝Au, Ag, Cu)的芳香性起着重要的作用.     

全金属阳离子团簇X+3（X=Au,Ag,Cu）芳香性的理论研究

运用密度泛函理论(B3LYP)、从头算方法(HF,MP2),对全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)的稳定结构、振动频率、原子化能(atomization energy,AE)、最高占据态和最低空轨道能隙(homo-lumo gap)与电子总能量(考虑了零点能ZPE)作了理论计算.全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)的稳定结构是D3h.在此基础上,研究了全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)环状平面结构D3h的两种磁性质:各向异性磁化率(χanis)和核独立位移(NICS).计算结果表明:环状平面结构的全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)具有很强的芳香性特征.对它们的分子轨道分析表明,环状平面全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)具有多重芳香性,两个σ分子轨道和一个π分子轨道对全金属阳离子团簇X3+(X=Au,Ag,Cu)的芳香性起着重要的作用.     

过渡金属氢化物PdH_(0.75)和PdH的应力和电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法计算了氢化物PdH_(0.75)和PdH的总能随原胞体积的变化关系.得出其在应力条件下的受力情况及在平衡晶格时的态密度.发现费米能级附近的态密度主要源于4d电子的贡献,而低能级范围的态密度主要源于H原子的1s电子的贡献.     

电催化剂Pt的电子结构和催化性能

依据纯金属单原子(OA)理论确定面心立方结构(fcc)电催化剂Pt的电子结构为[xe](5dn)6．48(5dc)2．02- (6sc)1．48(6sf)0．02,与采用第一原理的FP-LMTO和CASTEP等方法所计算的电子结构相比较,其结果非常相近;由OA理论和第一原理方法计算的晶格常数、结合能、体弹性模量等物理参数进行比较,OA理论计算的结果与实验值较符合,而第一原理方法计算的结果与实验值相差较大;在此基础上用OA理论和第一原理方法研究了Pt的电子结构与催化性能的关系,由于d带空穴增多和费米能级附近态密度较高,导致金属Pt的催化性能很好。     

Al_(12)X(X=Cu,Ag,Au)团簇的稳定结构和磁性

本文用基于第一性原理的阿姆斯特丹密度泛函程序系统地研究了Al_(12)X(X=Cu,Ag,Au)团簇的稳定结构和磁性.研究表明Cu原子位于截角20面体的中心位置,而Ag和Au原子则占据表面位置.3个团簇的磁矩均为3μB,它们取决于电子结构.图示发现3个团簇的最高占据轨道的电子云分布图相似,但在最高占据轨道以下的电子云分布图中,Al_(12)Ag和Al_(12)Au团簇的非常相似.     

Cu,Ag,Au多晶原子位能函数线性热膨胀和体弹性模量计算

在文献〔1〕的基础上,结合等效价电子假设,给出了Cu,Ag,Au的多晶原子位能函数。应用玻耳兹曼统计理论及Born的晶格动力学理论在较宽的温度范围内,计算了Cu,Ag,Au多晶的线性热膨胀,在0～800K内计算了这三种晶体的体弹性模量,计算结果与实验值符合得较好。     

Cu, Ag, Au掺杂磷烯的第一性原理研究

本文研究了Cu、Ag、Au在P位掺杂磷烯的几何结构、稳定性、能带结构和态密度,得到以下结果:几何结构畸变率最大的是Au原子掺杂的磷烯结构,但Cu掺杂磷烯结构的稳定性强于Ag、Au掺杂的磷烯体系;磷烯的能带结构可以通过掺杂Cu、Ag、Au金属原子进行调控;磷烯掺杂体系中都出现了两条杂质能级,一条施主能级和一条受主能级,杂质能级的出现增加了体系的导电能力.     

Ag、Cu、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finis-Sinclair势构建及其二元合金形成焓的计算

构建了fcc金属Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finnis-Sinclair势,并利用晶格常数、体弹性模量和金属的内聚能的实验数据拟合了这几种金属的Long-range Finnis-Sinclair势参数;利用Miedema理论和所构建的原子间相互作用势计算了Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt的二元合金的形成焓.对两种计算结果进行了比较,并与已有的实验结果进行了比较.结果表明,使用Long-range Finnis-Sinclair势计算合金的形成焓能够得到令人满意的结果.     

5d过渡金属二氮化物的第一性原理研究

基于密度泛函理论平面波赝势的第一性原理方法,对5d过渡金属TM(包含Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au元素)二氮化物TMN2的晶格常数、电子结构和力学性能进行了计算。计算结果表明,5d周期纯金属中Os具有最大的体弹性模量和剪切模量;构成的二氮化物中PtN2具有较高的体弹性模量和稳定结构,是可能的超硬材料;态密度分析表明,过渡金属原子的5d轨道与氮原子的2p轨道之间发生了强烈的杂化现象,二者之间形成了共价键。     

面心立方和亚稳液相Cu的电子结构和物理性质

根据SGTE数据库的晶格稳定参数和Debye-Gruneisen模型,运用纯金属单原子(OA)理论研究了面心立方和亚稳液相Cu的原子状态、原子势能、原子动能、原子体积、体弹性模量和热膨胀系数等物理参数随温度的变化关系。研究结果表明:电子结构计算结果与采用第一原理方法所得的结果一致;单键半径,原子动能和原子势能随温度上升而增加;线热膨胀系数计算值与实验值较吻合;固液相变时,Liquid-Cu的自由电子和共价电子均向非键电子转移,共价d电子向共价s电子转移,电子结构的转变降低液相的导电性,削弱液相原子配位的方向性,引起原子单键半径和体积增大。     

TM-Zn金属间化合物结构稳定性的第一性原理研究

基于能带结构,提出Jahn-Teller效应的诱发条件.基于声子色散曲线,揭示晶格动态稳定性和简并振动模式产生劈裂的物理特征.基于电子局域化函数和束缚能,揭示原子成键特性.结果表明,TM-Zn(TM=Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)金属间化合物发生立方到四方的相变变形过程中,结构保持稳定.     

Bl结构WC和MoC晶体静态性质的LMTO-ASA研究

本文用LMTO-ASA方法和局域密度泛函理论,从第一原理计算了BI结构的WC和MoC晶体的总能-体积曲线.由此求得WC和MoC晶体的平衡晶格常数分别为0.420nm和0.416nm,体弹性模量分别为5(±10％)Mbar和4(±10％)Mbar,与已有实验很好符合.结果表明,在总能计算中计及对静库仑相互作用能的Ewald修正,对理论结果有明显的改善.     

B32-LiAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B32-LiAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构.通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了B32-LiAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:B32-LiAl金属间化合物的点缺陷主要是在Li子晶格上出现空位缺陷与在Al子晶格上出现反位缺陷.基于晶体总电子态密度与电荷密度分布等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.     

广义Vegard定律和广义余氏定律

本文指出,Vegard定律与实际情况不符的根本原因在于它没有考虑到溶质和溶剂原子在固溶体中由于近邻原子的不同而引起原子电子结构状态的变化。此文在考虑了原子状态的变化和确定的原子状态具有固有的特征晶格参量基础上,提出了广义Vegard定律和广义余氏定律。在Au-Cu合金中,Au和Cu原子的价电子状态向h态方向分裂,从而形成向上凸的a—c曲线。按新堤出的广义Vegard定律和广义余氏定律计算的a—c理论曲线与实验结果极为一致。     

高压下第一性原理计算中铜的芯价态划分

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法的第一性原理计算,对过渡金属铜元素进行总能量计算,能量计算精度取为0.01 eV.通过分析分波能带展宽与能带电子对总能量的贡献,讨论了不同压强范围下第一性原理计算时铜原子芯态和价态的划分.结果显示,当压强增加到约139.3 GPa时,3p电子因能带的展宽对总能的贡献将不能忽略,需将作为价电子处理.计算结果为进一步高压下的物性的第一性原理研究提供了依据.     

FeMnP_(0.83)Ge_(0.17)化合物声子谱与热力学性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,研究了FeMnP_(0.83)Ge_(0.17)化合物晶格结构参数、声子模式及热力学性质随磁性状态和Ge原子占位的变化规律.铁磁(FM)态下Ge占不同的晶位时能量差ΔE_(1b-2c)较大,顺磁(PM)态下ΔE_(1b-2c)很小,说明在顺磁态下Ge原子占位偏好不明显.铁磁-顺磁相变过程中的声子模式演化强烈地依赖于Ge原子占位.Ge占1b晶位时,磁性相变引起声子模式强化,且振动熵变ΔS_(vib)为负值,Ge占2c晶位时声子模式软化因而ΔS_(vib)为较大正值,其数量级磁熵变相同.     

Ni_Al_Ag和Ni_Al_Pd三元金属间化合物的声子谱及相关性质

采用第一原理缀加平面波方法,利用陈氏三维晶格反演定理, 得到了Ni,Al,M(M=Ag,Pd)之间的原子间相互作用势.由此计算了Ni_Al_Ag和Ni_ Al_Pd三元金属间化合物的声子态密度及热学特性.分析了第三元素对Ni3Al晶格动力学特性和某些热学特性的影响.     

PbS电子结构的第一性原理

基于第一性原理平面波赝势方法,采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)等不同的交换关联势,分别计算了闪锌矿(ZnS)结构、面心(NaCl)结构和体心(CsCl)结构PbS的总能,给出了体系平衡时的晶格常数.讨论了不同交换关联势(DECP)对能带结构、态密度(DOS)、分态密度及带隙的影响.3种结构PbS能量的计算结果表明,面心结构PbS较体心结构及闪锌矿结构更稳定.