Al_n(n=2～10)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下,采用广义梯度近似泛函BPW91研究了Al_n(n=2～10)团簇的基态结构,系统计算了平均结合能、能量二阶差分、HOMO-LUMO能隙及Al_n(n=2～10)团簇的磁性,并与已有的相关数据进行了比较.结果表明,Al_n团簇的最稳定结构在原子数为n=6时从平面结构转变为立体结构,Al7团簇较相邻尺寸团簇的稳定性要高,磁性分析得到Al_n团簇的平均每原子磁矩在n=2,4,6时为2μB,当n=1,3,5,7,9时为1μB,与实验结果一致.     

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NiPS3的成键及稳定性分析

为了对团簇NiPS₃的成键情况和稳定性进行研究,以密度泛函理论为理论基础,在B3LYP/def2-tzvp水平下,对团簇NiPS₃的初始构型进行优化计算,最终得到二、四重态下共10种优化构型.通过对各原子间平均键级、平均键长和成键键级贡献率三方面对团簇NiPS₃的成键情况进行分析,发现P—S键的平均键级较大,平均键长较短,说明在团簇NiPS₃中P—S键的成键能力最强,成键强度最大;各原子之间成键键级贡献率的大小顺序为P—S键>Ni—S键>S—S键>Ni—P键.通过对各构型能量参数和HOMO-LUMO能隙差两方面对团簇NiPS₃的稳定性进行分析,发现构型1^（2）的校正能(E_ZEP)最低,吉布斯自由能变（ΔG）最小,结合能(E_BE)最大,相较其他构型更加容易形成,且其HOMO-LUMO能隙差最大,故在构型1^（2）中电子跃迁较难发生,即构型1^（2）的热力学稳...     

TMAu_5(TM=Y-Cd)团簇稳定结构与电磁特性的第一性原理

应用密度泛函理论,对TMAu_5(TM=Y-Cd)团簇的稳定结构与电磁特性进行详细计算.优化结果显示,TM与Au形成较大配位数的结构为TMAu_5的基态结构,其中除TMAu_5(TM=Y-Nb)为立体结构外,其余全部为平面结构.通过计算TMAu_5的平均结合能和能隙,探讨其相对稳定性和化学活性,发现除了Mo、Rh、Pd和Cd之外的其他TM原子明显地加强主团簇的稳定性;相比Au6而言,除了Ag Au_5之外的TMAu_5(TM=Y-Pd,Cd)的化学活性较强.Mülliken布局分析显示,电荷转移方向总是从TM原子转移到Au原子上.磁矩计算结果显示,TMAu_5的总磁矩在0~4μB之间变化,其中TMAu_5(TM=Mo-Pd)的总磁矩主要来源于TM原子的磁矩,而TM原子的磁矩主要是由TM的4d电子的磁矩提供.上述特征暗示,TMAu_5可能在设计可调制磁矩的新材料中具有潜在的应用前景.     

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。     

密度泛函理论对NiBen(n=2-12)团簇结构和性质的研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对NiBen(n=2-12)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和磁性进行了计算,同时考虑了电子的自旋多重度。结果表明:团簇的几何结构与自旋多重度有关,最低能量结构的自旋多重度是3和1;n≥4时,较强的p,d杂化导致团簇的磁矩淬灭;与Ben 1(n=2-12)团簇相比,NiBen(n=2-12)团簇的稳定性增强;能隙明显减小,化学活性增强,得出了掺杂Ni原子可以增强团簇稳定性和化学活性的结论;二阶能量差分表明,4,10是团簇的幻数。     

中等尺寸ZnSe团簇结构稳定性和电子性质研究

文章研究了中等尺寸的(ZnSe)n(n=24,28,36,48)团簇的结构稳定性和电子性质.通过手工搭建和从体材料中切割得到团簇构型,并参考了其它Ⅱ-Ⅳ族团簇的一些低能结构,使用DMol软件包进行结构优化和能量计算.研究结果表明,中等尺寸的(ZnSe)n团簇,当n=24,28和36时,笼状和管状结构的能量最低;当n=48时,纤锌矿(WZ)体材料结构的能量最低;笼状结构、管状结构具有相对较大的HOMO-LUMO能隙,而洋葱结构和WZ体材料结构的能隙相对较小.     

氧原子诱导团簇的磁性淬灭

基于密度泛函理论,研究了钛氧团簇的几何结构、电子结构和磁性.结果表明氧原子倾向于停留在团簇的表面.能量分析表明Ti7O团簇具有特殊的稳定性,与已报道的实验结果一致.当n=1～4,团簇的总磁矩保持为一个常数2;当n＞4,磁矩下降变为0.原子磁矩和电荷分析表明,氧原子是导致团簇磁矩的淬灭的主要因素.     

Aun+1-1、AunCr-1 (n=1~10)团簇结构、稳定性与电子构型研究

采用密度泛函理论对阴离子团簇Au_(n+1)~(-1)、Au_nCr~(-1)(n=1～10)的基态结构、稳定性、电子构型与磁性做了系统研究。结果表明:Au_(n+1)~(-1)均为平面构型,Au_nCr~(-1)(n=1～6)为平面结构,Au_nCr~(-1)(n=7～10)为体结构;Au_(n+1)~(-1)替代掺杂Cr原子提高团簇的稳定性;离解能与二阶差分能结果表明偶数的Au_(n+1)~(-1)、Au_nCr~(-1)稳定性比相邻奇数团簇高;轨道的有效电荷分布结果说明Cr原子的掺入使得Au原子内部spd杂化变得更复杂,Au_nCr~(-1)中Cr原子成为价电荷的主要接受者;轨道磁矩分布结果则表明Au_(n+1)~(-1)电子结构随尺寸增长表现为明显的开闭壳层结构,Au_nCr~(-1)的电子结构均为开壳层,Au_(n+1)~(-1)的磁矩主要由Au 5d轨道贡献,而Au_nCr~(-1)的磁矩则主要由Cr 3d轨道贡献。     

NbSin,NbSin+,NbSin-(n=1～6)团簇稳定性和电子结构特性的研究

目的研究NbSin,NbSin 以及NbSin-(n=1～6)团簇的稳定性和电子结构特性。方法基于从头算法框架下的密度泛函方法。结果对NbSin,NbSin 以及NbSin-(n=1～6)团簇的几何构型、总能量、分裂能、HOMO-LUMO能隙以及电子的自然布居和Mulliken布居进行了计算和分析。结论使NbSin(n=1～6)团簇失去一个电子或得到一个电子都会对其热力学稳定性和化学稳定性产生较大影响;在Nb和Si结合成键的过程中,Nb原子只在Si原子数较少时才失去电子,表现出金属性。在绝大多数团簇中,Nb原子的4d轨道都是接受电子的。     

钯团簇掺杂钇原子的密度泛函研究

在相对论有效原子实势近似下,用密度泛函方法(B3LYP/LANL2DZ)计算了二元合金团簇PdnY(n=1-5)可能的几何构型和对应的电子态,得到一系列稳定异构体的结构参数、电子态、能量和谐振频率.用最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(HOMO)之间的能级间隙描述团簇的稳定性,Pd2Y团簇的能级间隙最大,PdY团簇的能级间隙最小.Pd-Y相互作用改变了纯钯团簇的几何构形和稳定性.计算结果对系统研究Pd-Y体系的物理化学性质具有意义.     

NaB_5H_n团簇的几何结构与电子性质的理论研究

使用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311＋g（d）基组水平上对NaB5Hn团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构：并对最稳定结构的平均结合能（Eb）,二阶能量差分（△2E）和能隙（Eg）等进行了理论研究：结果表明,随着氢原子数的增加,NaB5Hn团簇的结构由平面转变为复杂的三维立体结构,当氢原子数小于4时,簇的结构为平面构型,其他所有的团簇都是三维立体结构;NaB5Hn团簇的平均结合能、二阶差分能和能隙等均表现出明显的＂奇-偶＂振荡和＂幻数＂效应;NaB5H8,NaB5H12,NaB5H18和NaB5H20团簇稳定性大于NaB5Hn中的其他团簇,为NaB5Hn团簇中最稳定的几种团簇。     

应用密度泛函理论研究(MgO)_nCu团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对(MgO)nCu(n=2～8)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明:(MgO)nCu的最低能量结构是在(MgO)n的最低能量结构或者亚稳态结构的基础上吸附一个Cu原子生长而成,且Cu原子的吸附以桥位为主.布局数分析表明Cu原子的吸附对近邻原子的电荷影响比较大,Cu原子得失电子的方向可以改变.Cu原子的吸附增强了(MgO)n的化学活性.二阶能量差分,垂直电离势和分裂能表明(MgO)4Cu是最稳定的团簇.     

内含式化合物Fe@(BN)24的结构与稳定性研究

采用B3LYP/GenECP方法,对内含式化合物Fe@(BN)24的不同对称性构型进行几何优化,找出了几种较稳定构型并讨论了它们的几何参数、布居分析、极化率、包含能、HOMO-LUMO能隙和自旋密度.我们以含有2 个八元环、8 个四元环和16 个六元环的具有S8对称性的(BN)24笼为基础,在其中的不同位置嵌入Fe原子,所选对称性有C1,C4和S8三种.结果发现客体Fe原子倾向于偏离笼的中心位置,靠近笼上的六元环,并且具有C1对称性的异构体较为稳定.     

掺钌硅原子簇的结构及其稳定性研究

采用密度泛函方法B3LYP/6311SDD方法系统研究了掺钌硅原子簇RuSin (n = 1-14) 的几何结构、稳定性以及电子性质。研究结果表明,当n 3时,RuSin的基态结构由平面结构转为三维的立体结构。随着硅原子数由1增长到14,RuSin原子簇中Ru原子的位置逐渐从原子簇表面转移到原子簇内部。当n = 12时,Ru原子完全陷入了原子簇结构中,形成一个以钌为中心的硅笼结构。自然键轨道分析表明RuSin(n = 2-14)的基态结构中都存在三中心键,证明了这些结构的稳定性。此外,RuSin (n = 1-14)原子簇各基态结构的平均结合能、二阶差分能、HOMO-LUMO能隙、电离势、电子亲和势等信息表明RuSi12的基态结构有着很高的稳定性。     

潜在高能密度材料N_8的分子设计和爆炸性质

设计了20种新颖的不同类型结构的N8分子,分别采用三种高精度的量子化学计算方法优化并从中筛选出6种可稳定存在的分子构型,对其结构、电子及爆炸等性质进行了可靠的理论预测,给出结构参数、能量、密度、生成热及爆速和爆压等决定高能材料热稳定性和爆轰性能的重要信息.结果表明,N8分子双五元环结构的张力最小、能量最低且HOMO-LUMO能级差最大,故热稳定性最好,且它与立方结构分别具有最小和最大的生成热.6种N8分子的爆速和爆压的理论预测值均大于爆轰性能优越的黑索金和奥克托今,可以作为潜在的优秀环保型高能材料候选目标.     

对羟基苯甲酸为主体晶格的四丁基铵包合物的制备与晶体结构

合成了对羟基苯甲酸为主体晶格的正四丁基铵阳离子包合物(n-C4H9)4N+(p-HOC6H4CO2-)·(p-HOC6H4CO2H),并通过单晶X射线衍射法对其进行了晶体结构测定.结果表明,晶体属正交晶系,Pna21空间群,晶胞参数a=1.632(2)nm,b=1.371 8(19)nm,c=1.396 3(19)nm,β=90°,V=3.127(7)nm3,Z=4,R1=0.062 4,wR=0.153 6.包合物中,对羟基苯甲酸阴离子和对羟基苯甲酸分子通过O—H…O氢键形成平行于(100)方向的二维主体氢键褶皱层,四丁基铵阳离子则有序填充在层与层之间的空隙中,形成典型的"三明治"型氢键结构,其中层间距约为a/2=0.816 nm.     

Mgn(n=2～7)团簇的几何结构研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP方法,选择sdd和6-311+g基组,对Mgn(n=2～7)小团簇的各种可能结构进行优化,得到了它们的基态平衡结构并计算出其原子化能.研究表明:随着团簇尺寸的增大,单个原子的平均原子化能逐渐增大.同时分析了团簇的最高占据轨道与最低空轨道之间形成的能级间隙.计算出了电子亲和能和电离势.最后分析了费米能级、电子亲和能和电离势的变化规律及其原因.     

Aun（n=1-6）团簇的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论（DFT）方法中的B3LYP与BPW91方法,对Aun（n=1-16）团簇的中性分子、阴离子、阳离子的可能几何构型进行了优化,并计算了它们的结合能、结合能的二阶差分、HOMO1-LUMO能隙、电离能和电子亲和能．研究结果表明：含7个以内金原子的团簇倾向于形成二维结构,各类粒子都表现出奇偶震荡效应．