团簇Ni4P的催化性质和磁性

以团簇Ni4P作为二元体系Ni-P非晶态合金的局域结构,采用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2dz水平下分别对不同重态下的构型进行优化计算,从HOMO、LUMO轨道贡献、各轨道未成对电子数、磁矩和自旋态密度角度分析发现:Ni、P原子对轨道贡献率受空间结构的影响,但受自旋多重度的影响极小;Ni原子是前线轨道的主要贡献者,P原子对其贡献亦不可忽略,说明催化活性是以Ni原子为主,P原子为辅所提供,且Ni原子最可能为团簇Ni4P的催化活性位点;构型1(4)～2(2)的磁性由d轨道上的自旋向上的α电子贡献,且四重态贡献较二重态更为显著,构型3(4)～3(2)的磁性主要由p轨道贡献;构型1(4)的磁矩分布范围最大,构型2(4)的磁矩分布次之;电子自旋具有不确定性,导致其α、β电子发生部分偏转.     

团簇NiMo_3P的稳定性及成键分析

在B3LYP/Lanl2dz水平下,运用密度泛函理论(DFT)对团簇Ni Mo_3P进行优化计算,得到四重态4种、二重态5种,共9种稳定构型.其中三角双锥型为团簇Ni Mo_3P的优势构型.对团簇Ni Mo_3P的稳定性与键长、键级进行研究,结果表明:构型1(4)的热力学稳定性最好,自发形成的趋势最大;团簇Ni Mo_3P各原子间成键强度大小顺序为Ni—P键Mo—P键Mo—Mo键Ni—Mo键;金属原子与非金属原子间的成键强度、对团簇稳定性的贡献度远大于金属-金属原子,但金属原子间的成键对于团簇Ni Mo_3P稳定性的贡献同样不可忽略.     

团簇Mn3BP成键及磁性

为对原子簇Mn_3BP的成键方式及其磁学特性进行分析,从轨道杂化角度研究其成键方式,从电子结构角度研究其磁性。研究表明:除构型5(4)、2(2)和4(2)外,其余构型B、P原子间均存在s-s和p-p杂化;p-d-p-p和p-p-p强杂化是导致各构型Mn-P和Mn-B成键较强的原因之一。结构相似的团簇构型,其态密度分布及在各处的贡献也相近。团簇的磁性主要由Mn-3d轨道成单电子贡献。研究发现,团簇构型的s轨道的电子分布在能量0eV附近出现了电子自旋状态的转变。非金属原子B、P使团簇的磁性降低,四重态构型的磁性均高于二重态。     

团簇Co3MoS电子性质密度泛函分析

为了探究微观状态下,团簇Co3MoS内部电子的变化情况及其流动机理,在B3LYP泛函高水平条件下,采用Lanl2DZ基组对团簇Co3MoS的电子性质进行了分析.优化分析后得到8种稳定构型,其中二重态和四重态各4种,含有四棱锥型、三角双锥型、单帽三角锥型3种形态.通过对团簇Co3MoS的电荷、布居数、原子及原子间的电子自旋密度和自旋密度图进行分析,可以得到:金属原子Co和Mo一般作为电子供体,非金属原子S一般作为电子受体,金属原子的存在对构型内部电子流动的贡献最大;团簇Co3MoS各原子主要由p轨道接受电子,s轨道提供电子,d轨道较为复杂,既有构型接受电子又有构型提供电子;α电子和β电子的分布情况对构型的稳定性会有一定的影响.     

团簇Ni3CoP电子性质与磁性研究

设计团簇Ni_3CoP模型对非晶态合金Ni-Co-P进行局域结构的模拟,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/Lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行结构优化以及有关电子性质与磁性的计算,对所得到的理论数据进行分析.结果表明:团簇Ni_3CoP费米能级左侧的最高峰由Ni-d、Co-d、P-p共振产生,形成了d-d-p杂化的成键轨道,并主要由Ni-d轨道贡献;对于团簇Ni_3CoP内部的电子转移,以P原子提供电子的能力最强,Co原子次之,Ni原子则整体以接受电子为主.团簇Ni_3CoP 3重态下的构型具有磁性,且Ni原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大.分析d轨道的电子自旋态密度图,发现其对称性最不好,这说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源.同时,研究还发现p轨道对团簇磁性的贡献同样不可忽略.     

团簇MnPS3磁学性质分析

为探究团簇MnPS₃的磁学性质，设计了团簇MnPS₃的初始构型，并运用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理，最终得到6种单重态和3种三重态稳定构型.利用Multiwfn程序计算团簇MnPS₃三重态构型的成单电子数、自旋布居数、自旋磁矩、轨道态密度及电子自旋密度差等磁性相关数据.结果表明，各轨道对团簇MnPS₃磁性的贡献大小为d轨道>p轨道>s轨道>f轨道；金属Mn原子对团簇MnPS₃磁性的影响较大，非金属原子P和S对团簇MnPS₃磁性的影响较小；d轨道态密度图对称性较差，且对应峰值相差较大，故d轨道是团簇MnPS₃磁性的主要贡献者.     

团簇NiCo2S4的电子性质

依据密度泛函理论在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇NiCo2S4进行优化计算,确定12种优化构型,并对其电子性质进行分析.团簇NiCo2S4整体呈电中性,其内部电子均从Ni、Co原子流入S原子,且从s轨道流向p、d轨道.Ni、Co原子均是电子供体,S原子是电子受体.构型1(3)电子流动性最强,构型1(1)电子流动性最弱,且三重态整体电子流动性强于单重态.Ni-4s轨道和Co-4s轨道对团簇NiCo2S4整体电子流动性贡献最大,而S原子三个轨道贡献均较小.稳定性与电子密度分布有关,电子密度分布对称性越好,且α电子云和β电子云重叠程度越高的构型越稳定.     

团簇NiMo3P极化率与催化性质的研究

为了探究团簇NiMo₃P各优化构型的形变情况，并寻找催化性能最优异的团簇NiMo₃P构型，根据拓扑学原理，在B3LYP泛函条件下，采用Lan12dz基组运用密度泛函理论对团簇NiMo₃P进行优化计算，得到4种四重态、5种二重态共9种稳定构型。对团簇NiMo₃P的变形性能进行分析发现：团簇极化率对于几何结构具有很强的依赖性，构型1^（2）的结构最为紧凑，不易发生形变。对前线轨道进行分析发现：金属原子与非金属原子相比具有更好的催化活性；在Ni、Mo、P 3种原子中，Mo原子最有可能是团簇潜在的催化活性位点；在催化反应中，团簇NiMo₃P具有强的电子接受能力，但其提供电子的能力亦不可忽略；构型2^（2）的能隙差值最小，亲电指数值最高，反应活性最强。     

团簇Co3MoS磁学性质分析

为了探究Co-Mo-S体系磁性产生的作用机理,构造团簇Co3 MoS模型对Co-Mo-S体系的局域结构进行模拟,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/Lanl2dz水平下,利用Gaussian09软件对团簇Co3 MoS的磁学性质进行运算分析.具体通过对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数、磁矩、自旋密度差图、轨道态密度图这5个方面进行分析实现.对团簇Co3 MoS的成单电子数、自旋布居数和态密度图分析发现,在d轨道上成单电子剩余和分布较多,并且在态密度图中d轨道在低能量和中能量区对称性相比s,p轨道较差,因而d轨道是磁性的主要贡献轨道,s和p轨道相比对团簇磁性贡献较小;对自旋磁矩和电子自旋密度差图分析发现,金属原子Co和Mo的磁矩变化幅度较大,并且自旋密度皆有剩余,因此Co和Mo是团簇内产生磁性的主要原子;从整体来看,非金属原子S对磁性影响不大.     

团簇Co3FeP的热力学稳定性及电子性质

以团簇Co3FeP为非晶态合金Co-Fe-P三元体系的局域模型,研究其热力学稳定性和电子性质.团簇Co3FeP共有9种优化构型,分别为平面五边形、三角双锥型和戴帽三棱锥型,其中单重态4种、三重态5种.构型1(3)的热力学稳定性最好,三重态比单重态的热力学稳定性好.Co原子易得到电子,P原子易失去电子,构型2(1)的电子转移能力最强.在Co原子和Fe原子内部,电子由4s轨道流向3d和4p轨道,且4s轨道对Co原子和Fe原子的电子转移贡献最大,构型的重态对Fe原子得失电子有影响.在P原子内部,电子由3s轨道流向3p和3d轨道,且3s轨道对P原子的电子转移贡献最大.     

团簇Mn3BP结构与性质研究

为深入探究团簇Mn_3BP的结构,将其构造为四棱锥、三角双锥以及平面五边形三种几何构型,依据密度泛函理论,在B_3LYP/Lan12dz水平下对团簇Mn_3BP的全部可能构型进行优化和计算,最终得到9种稳定构型,分析所有优化构型的结构、能量参数、成键情况、最高占据轨道(HOMO)和最低占据轨道(LUMO)。研究表明:整体上除构型1(2)外,四重态构型的稳定性要比二重态的稳定性好,并且构型的稳定性受到了多重度的影响;构型1(4)最稳定,构型4(2)最不稳定;Mn-P键和Mn-B键是构型稳定的主要贡献者;团簇Mn3BP潜在的活性位点是金属原子Mn,并且其前线轨道的主要贡献者也是Mn原子;构型3(2)的化学性质最活泼,构型4(4)的最不易发生化学反应。     

非晶态合金Co_3B_2稳定结构、组成和电子性质

利用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,对设计出的十几种可能存在的构型分别在二、四重态下进行了全参数优化计算和频率验证,最终获得了6种稳定构型,其中二重态2种,四重态4种。对这些稳定构型的能量、组成和电子性质进行分析,结果表明:团簇Co_3B_2能够稳定存在的几何构型有平面形、三角双锥、单"帽"三角锥和变形四方锥;其中具有单"帽"三角锥结构的构型1~(2)最为稳定;团簇构型随能量的逐渐升高,所占比例逐渐下降,其中构型1~(2)所占比例最大,为27.11%;Co和B原子的电子得失与团簇Co_3B_2构型和重态密切相关;Co原子的3d,4s轨道对原子间成键有较大贡献。     

团簇V_3BP成键方式及其磁学性质

基于拓扑学原理、DFT和B3LYP/Lanl2dz对原子簇V_3BP进行全过程优化,取能量相对较低的8种稳定构型,对其电子结构和轨道杂化进行系统研究。结果发现:P—B键的形成是由B-2s和P-3s轨道的s-s杂化导致的,而V-3p、V-3d、B-2p轨道的p-d-p杂化和V-3p、V-3d、P-3p轨道的p-d-p杂化导致了V-B、V-P键的形成。团簇V_3BP中还存在p-d-p-p杂化。团簇构型越相似,其态密度分布及在各处的贡献就越相近。V-3d轨道成单电子是原子簇磁性的主要形成来源;团簇构型p轨道未配对电子对构型1~(4)、1~(2)、2~(2)与3~(2)的磁性有一定贡献,对其他构型磁性贡献较小;s轨道成单电子所起贡献同样很小。此外,B、P原子的掺杂致使团簇的磁性降低。     

X掺杂团簇Bn+1(n=1~11; X=Be, Mn)的密度泛函研究

本文利用密度泛函理论对BnX(n=1~11; X=B, Be, Mn)基态结构、稳定性、电子构型与磁性开展了系统研究. 结果表明: 团簇BnX( n=5~11; X=Be, Mn)中的X原子均位于高配位,BnBe的基态构型为多重度为1或2的低重态;团簇BnX的平均结合能均随尺寸的增大而逐渐增大,n取值相同时,Bn+1团簇的平均结合能最高. HOMO-LOMO能隙结果表明, 掺杂铍原子、锰原子有利于提高纯硼团簇的化学活性;团簇BnBe中的Be原子是电荷的受体,团簇BnMn中Mn原子轨道电子表现出显著的spd杂化;团簇BnX (X=B,Be)中的开壳层结构磁矩主要由2p轨道贡献. 团簇BnMn均为开壳层结构,总磁矩主要由Mn3d轨道贡献. 随着团簇BnMn尺寸的增大,Mn原子的配位数增大,B-Mn平均键长增大,Mn3d轨道磁矩减小而导致团簇的总磁矩减小.     

团簇Sc_3B_2的结构与性质

利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/Lan12dz赝势基组水平下对团簇Sc_3B_2的二、四重态进行全参数优化计算和相关频率的计算验证,得出7种稳定构型。对这些稳定构型的能量、结构、成键情况和电荷进行分析,结果表明:团簇Sc_3B_2的优化构型以三角双锥型、戴帽三角锥型和四角锥型为主,仅一个平面五边形;所有优化构型中构型1~(2)的稳定性最好,二重态的稳定性均高于四重态的稳定性,多重度对结构稳定性影响较大;Sc-B键对团簇Sc_3B_2的稳定性起重要作用;金属原子Sc是团簇Sc_3B_2前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点。     

团簇CoFe2BP的结构及催化性质

利用DFT(密度泛函理论)方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,对Co Fe2BP团簇的二十几种可能构型进行全参数优化和相关频率计算,共获得二、四重态稳定构型各5种,对这些构型的立体结构及其能量、成键情况和催化活性等性质进行了分析,得出如下结论:(1)在Co Fe2BP团簇的各优化构型中,构型1(4)的稳定性最好,四重态的稳定性要大于二重态的,多重度对构型稳定性影响较大;(2)金属原子与非金属原子之间的成键对构型的稳定性起主要作用,其中金属原子与B原子更易成键,B、P原子之间存在近距离接触;(3)金属原子Fe和Co是Co Fe2BP团簇前线轨道的主要贡献者,Fe和Co原子是催化剂潜在的活性位;(4)具有近似平面型结构的构型4(2)和4(4)表现出良好的催化加氢活性。     

团簇Ti3B2自旋密度及磁性

采用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2DZ水平下,对团簇Ti3B2进行全参数优化计算。通过分析团簇Ti3B2的自旋密度分布及各轨道态密度发现:构型1(3)原子的自旋密度分布均匀,内部原子间成键强弱均匀,对称性好,稳定性最好;Ti原子为体系中未成对电子的主要贡献者;构型1(3)和2(5)中,p轨道对未成对电子的贡献较大,不可忽略;各轨道中未成对电子主要是由Ti-3d轨道贡献且其对团簇磁性起主要贡献作用。     

团簇Ni3CoP异构化反应

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Ni3Co P进行量子化学计算,得到其优化构型。以过渡态理论为基础,对团簇Ni3Co P优化构型间的异构化反应进行化学动力学与化学热力学两方面的研究以探究团簇Ni3Co P最终可稳定存在的形式。结果表明:团簇Ni3Co P不同重态间的构型不存在转化;热力学稳定性较好的三重态构型异构化的趋势小,可单独稳定存在的可能性大,仅存在构型4(3)与3(3)间的可逆转化;单重态构型的异构化反应以构型4(1)为起点,可直接或间接(以构型2(1)、3(1)为中间体)地向构型1(1)进行转化且反应的限度较大,说明构型1(1)是团簇Ni3Co P单重态构型的主要存在形式。     

团簇CoMg_2B_2的结构稳定性、成键及电子性质研究

在B3LYP/Lan12dz水平下分别以二、四重态对团簇CoMg_2B_2存在的所有构型进行全参数优化。排除虚频和相同构型后,得出7种优化构型。其中,二重态构型4种,四重态构型3种。对团簇CoMg_2B_2分析后得到以下结论:构型1(2)和1(4)分别是二重态和四重态下最稳定结构;Mg-B键和Co-B键有较强的成键作用;不管是二重态构型还是四重态构型,Co-B键和B-B键的键级都有一定的拮抗作用;所有构型的电子都是由Mg原子流向Co原子和B原子;优化构型中电子流动性大小的排序为:4~((2))>3~((4))>2~((4))>3~((2))>1~((4))>1~((2))>2~((2))。     

团簇Mo_2S_4的稳定结构和电子性质

根据密度泛函理论方法,在B3LYP/Lanl2dz水平下对已设计的团簇Mo_2S_4初始构型进行单重态和三重态的全参数优化计算,再排除同重态下相同构型及虚频不稳定构型后,得到10种优化后构型。各优化后构型的稳定程度为:1~((3))1~((1)) 2~((1))3~((1))4~((1))2~((3))3~((3))4~((3))5~((3))5~((1)),其中单重态的稳定性比三重态的稳定性好。团簇Mo_2S_4整体的电荷量和为0,呈电中性,各优化构型的电子流动性强弱与构型的空间结构有关,而与构型的自旋多重度无关,电子的流向主要由Mo原子流向S原子,Mo原子的5s、5p轨道与S原子的3p轨道是电子流动的主要贡献者。