Cu_(59)团簇在升温过程中结构变化的分子动力学研究

应用基于嵌入原子势的分子动力学方法研究了一个Cu59团簇在升温过程中由固态转变为熔体的结构演化过程.根据由原子密度分布函数确定的4个壳层内原子局域结构随温度升高所发生变化的分析表明,在升温过程中由于原子之间连续地交换位置,团簇结构发生了三个阶段的变化.首先在团簇内部形成由13个原子组成的近二十面体结构,继之各壳层内的原子结构逐渐变得无序,并最终形成原子分布于3个壳层内的处于熔融状态的Cu59团簇.     

Au19团簇热力学特性的微观分析

利用经典微正则系综分子动力学,采用Gupta原子间作用势,对非晶结构的19个金原子团簇的热力学特性进行了研究.通过计算团簇内原子时间平均势能的特性以及对团簇瞬时结构的分析发现,团簇的融化过程较对称团簇具有一些新的特征,团簇的融化过程可以分为多个过程.第1阶段的融化涉及团簇表面多个原子(14个原子),其余(4个)原子则处于准固态;第2阶段涉及表面全部原子,但此时有2个位置原子逗留时间较长;第3阶段表面的原子全部开始了快速的换位;第4阶段产生了包括团簇内部原子在内的结构异构化过程.由此,导致了团簇的卡路里曲线、相对均方根键长涨落和热容量的一些新的变化.     

Pt-Ni合金团簇的结构与磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP(Vienna ab-initio Simulation Package)对Pt13,Ni13及Pt-Ni合金二十面体团簇进行了计算机模拟研究.研究表明,Pt13和Ni13团簇显现出完美的Ih(正二十面体)对称性,Pt13团簇的磁矩为2.13μB,Ni13团簇的平均原子磁矩也比其体块的原子磁矩有所增大.对Pt-Ni合金团簇,Pt原子倾向于偏析到团簇表面,团簇的平均最近邻键长随着Ni原子数目的增多而单调减小,总磁矩可通过Ni含量的变化而进行调制.     

非晶金团簇单个原子运动特性的简要分析

通过计算团簇内原子时间平均势能的特性以及对团簇瞬时结构的分析,发现团簇的融化过程较对称团簇而言具有一些新的特征,团簇的融化过程可以分为多个过程。第1阶段的融化涉及团簇表面多个原子（14个原子）,其余4个原子则处于准固态;第2阶段涉及表面全部原子,但此时有2个位置上原子逗留时间较长;第3阶段表面的原子全部开始了快速的换位;最后一个阶段中,产生了包括团簇内部原子在内的结构异构化过程。     

Au纳米团簇熔点的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米金的升温熔化过程,利用径向分布函数(RDF)、势能一温度函数、键对分析法,得到熔点.比较计算结果与实验值,得到不同方法的特点.径向分布函数法能明显看出团簇由有序向无序变化的趋势,但不能准确得出其熔点所在;势能一温度函数法基于团簇原子间距在熔点附近会发生阶跃变化这一微观原理,能够较准确给出团簇熔点;键对分析法是根据团簇从固态向液态转变过程中,其微观构型会发生较大变化,从而得出团簇熔点.     

粒子群优化算法在Pt-Pd合金纳米粒子稳定结构优化中的应用

以Pt、Pd为代表的铂族金属在催化剂领域有着广泛的应用,其催化活性较其他金属具有无法比拟的优势,且PtPd合金纳米粒子相对于Pt及Pd单晶纳米粒子均具有更好的催化活性和选择性,研究它的稳定结构对进一步了解催化性能具有重要意义.基于改进粒子群算法和紧束缚二阶近似(TB-SMA)势能函数对不同尺寸、原子数目为1∶1比例的截角八面体Pt-Pd合金纳米粒子的结构稳定性进行了研究,结果表明:改进后的粒子群算法较之前性能得到了提升,能搜索到团簇的更低能量结构,即团簇粒子的更稳定结构;经过改进后,算法更好地克服了早熟收敛的缺点,并且算法的稳定性得到了进一步的改善.     

带电对Ga_5As_5团簇能量和结构的影响

采用全势能线性Muffin-tin轨道分子动力学方法（FP-LMTO-MD）,在中性砷化镓团簇Ga5As5基础上,详细研究了带电后Ga5As5离子团簇在能量和几何结构上的变化.找到了一价Ga5As5团簇的基态结构,计算结果表明这些结构与中性团簇结构有一定的关联,但存在结构畸变.在砷化镓团簇中,和砷原子相比,镓原子更容易处在帽原子的位置上.     

分子动力学模拟研究钯金属团簇的熔化行为

用分子动力学方法,模拟了三种具有壳对称构型,含309个原子的钯金属团簇的熔化行为。钯原子间作用势采用Sutton-Chen多体作用势能。三种壳对称构型分别为正八面体（Cubooctahedron）,正十面体（Decahedron）和正二十面体（Icosahedron）。通过对升温过程中的热力学性质的分析,得到了钯金属团簇的熔点。不同构型钯金属团簇的熔点有细微差别,并且都远低于块状钯金属的熔点。进一步分析三种钯金属团簇升温过程中的结构和动力学性质,在分子水平上讨论了构型对熔化行为的影响。     

外来吸附原子对Al_(13)团簇的结构影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al13团簇的原子吸附特性(吸附H、Li、Na、K、B、Al、Ga、C、Si、Ge、N、P、As)进行了系统的研究.研究结果表明:第二周期中的原子,随着原子序号的增加对其结构影响逐步增加,第三和第四周期同一族中的原子对Al13团簇的结构影响相似,特别是它们吸附在洞和桥两位置处的优化结构是相同的.Al13团簇结构本身和吸附原子的成键等性质决定了吸附结构的稳定性.     

Ga4As4离子团簇的能量和结构畸变

采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法（FP-LMTO-MD）,结合中性砷化镓团簇Ga4As4的已有结果,详细研究了Ga4As4离子团簇的能量和几何结构上的畸变．计算结果表明这些结构明显不同于中性团簇的对应结构,存在有较大的结构畸变．在砷化镓团簇中,和砷原子相比,镓原子更容易处在帽原子的位置上．     

不同金属对硼球烯的修饰作用

系统研究了3类金属,包括碱金属(M=Li、Na、K)、碱土金属(M=Be、Mg、Ca)及部分过渡金属(M=Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au)修饰的B40的结构与稳定性,发现除Na和Ca是内嵌结构稳定以外,其余金属原子都倾向于形成外挂结构.随着金属原子数目的增多,Li,Na,K,Ag的平均结合能变化不大;而Be、Mg、Ca、Ni、Pd、Cu则与B40腰上的4个七元环作用能量上更有利,故当原子数目大于4时,平均结合能有所升高.Pt的原子数目升高到6时,B40笼子的主体已经严重变形.此外,随着金属原子数目增多,Ag原子有可能会团聚成金属团簇,Au不仅会形成小的Au团簇,还会改变B40的主体结构,从而形成更复杂的相结构.Bader电荷分析表明,碱金属和碱土金属与B40笼子的离子作用更强,而过渡金属原子则主要以共价作用或配位作用与B40相结合.该研究结果表明Ni有可能是稳定B40笼子的较好选择,其次是Pd.Ni、Pd的掺杂有可能帮助实验实现这一特殊硼球烯结构的制备.     

降温过程对Au_(24)Cu_(19)合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明,随着温度的降低,团簇表现为铜原子在内,金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时,急冷降温过程中,键对数目呈高-低振荡变化;连续冷却过程中,键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间,直至400 K,这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

降温过程对Au24Cu19合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明，随着温度的降低，团簇表现为铜原子在内，金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时，急冷降温过程中，键对数目呈高-低振荡变化；连续冷却过程中，键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间，直至400K，这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

氮、碳原子在X@Al_(12)(X=Al~-,C,Si,P~+)团簇吸附性质的研究

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)对X@Al12(X=Al",C,Si,P+)等幻数团簇吸附氮原子和碳原子性质进行研究.分析氮原子和碳原子在X@Al12表面的吸附位置,还分析了Al-N和Al-C键长,最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道的能隙,吸附的结合能和电荷转移等性质.结果表明氮原子和碳原子都倾向于空位吸附.尽管X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)性质都很稳定,但很大的结合能表明氮原子和碳原子都能稳定地束缚在这些团簇表面.但是由于中性的Al13团簇不具有满壳层的电子结构,它对N和C的吸附性质明显不同于具有满壳层电子结构的X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)团簇,表明掺杂可以有效地调节团簇的性质,从而获得所期望的性质.     

密度泛函理论研究EuSin(n=12-18)团簇的结构、稳定性与电子性质

本文采用基于密度泛函理论的B3LYP/CEP 31G方法,对EuSin(n=12- 18)团簇的平衡结构、基态相对稳定性、电子性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.结构优化和绝热电子亲和势(AEA)的计算结果表明,从n=12开始Eu原子开始占据了团簇的内部位置并形成笼状结构,同时AEA计算结果表明EuSi13团簇获得电子的能力最强.团簇的平均结合能、离解能、能量二阶差分计算结果均表明当n=13、15、17时团簇是比较稳定的.能隙分析说明(F1)掺杂后团簇的化学活性有所增强,n=16时团簇具有较高化学稳定性.Mulliken布居分析表明n=13 - 17时电荷由Si原子向Eu原子转移而电荷转移量随n的增大而减少,在n=18时Eu原子电荷为正值开始失去电子,电荷转移方向出现了翻转.     

受限在两层石墨烯纳米片间的Pd-Au-Pt三金属纳米粒子相变的分子动力学模拟研究

本文通过分子动力学(MD)模拟研究了受限在两层石墨烯纳米片(graphene nanosheet,GNS)间的Pd-Au-Pt三金属纳米粒子在升温和降温过程的结构和相变特征.原子位置和密度分布被用于分析不同组分的Pd-Au-Pt三金属纳米粒子的结构和相变特征.结果表明,受限的Pd-Au-Pt纳米粒子有特殊的原子分布,Pt原子趋向于分布在靠近石墨烯纳米片的附近,Au原子则趋向于分布在远离石墨烯纳米片的中心层区域,而Pd原子最为独特,以随机的方式分布在整个受限的纳米粒子中.我们也注意到,受限的Pd-Au-Pt三金属纳米粒子的结晶从受限的三金属纳米粒子与GNS的界面开始,熔化起始于内层.本文也揭示了受限Pd-Au-Pt纳米粒子相变的结构特征.     

薄膜生长初期能量参数影响研究

用Monte Carlo模型模拟了亚单层薄膜在四方形基底上的生长过程.研究了在薄膜生长初期岛的形貌与周围原子作用之间的关系,及扩散原子周围不同位置处原子的势能参数对薄膜生长的影响.计算结果表明,扩散过程中,吸附原子受最近邻位置处原子作用的势能变化影响较大,而受次近邻位置处原子作用的势能变化影响较小;降低扩散原子最近邻位置处的能量参数,相当于升高了基底的温度.     

预测Au_（13-75）团簇基态结构的启发式算法

针对具有NP难度的团簇结构预测问题,提出启发式求解算法——TP-ISDO作算法.该算法包括两阶段局部搜索、内部操作、表面操作和扰动操作.利用TP-ISDO算法预测了Aun（13≤n≤75）团簇的基态结构,其中Au团簇采用Sutton-Chen势能函数模型描述.实验结果表明,该算法能快速地得到Aun（13≤n≤75）团簇的当前已知最低能量结构.特别是对于Au58团簇,得到了两种新构型,这两种构型都是10面体结构,它们的势能值分别为-15648.5689和-15648.8754能量单位,小于当前已知的最低势能值.     

小Al-Ni合金团簇的结构

本文连用了基于紧束鳟模型的Gupta多体势,采用遗传算法研究了团簇的原子数目为13和19以及21的Al-Ni混合团簇的基态构形.将Al团簇中的一个或多个Al原子替其成Ni原子,Aln团簇的基态构形转化为象Ni团簇一样规则的,具有高对称性的结构.当替换的Ni原子数目增加时,混合团簇会形成一些复杂结构.     

Gupta团簇的2次融化过程及其与结构变化的关系

利用微正则经典分子动力学方法,对具有Gupta势的13粒子团簇的融化过程进行了研究.发现在Gupta势的势参量p和q取值合适的情况下,13粒子团簇的融化过程具有2步融化现象.进一步利用原子等价系数σi(t)的研究还发现,团簇的第1步融化仅涉及表面粒子的异构化过程,而第2步融化中的异构化过程则涉及团簇中所有粒子.