团簇Ti3B2催化活性的研究

基于密度泛函理论在B3LYP/Lanl2dz水平下的团簇Ti_3B_2的优化构型,对其从HOMO、LUMO轨道贡献、能隙差值以及Fermi能级图等方面来研究其催化活性位点、化学反应活性及催化活性。结果表明:在团簇Ti_3B_2中,Ti原子在HOMO和LUMO轨道贡献率总和均大于50%,为团簇Ti_3B_2的潜在活性位点,构型1(1)的能隙差值最小(EGAP=0.054 a.u),反应活性最强;构型1(1)容易接受丰富的电子,进而参与催化过程;构型4(1)容易提供大量的电子,且具有良好的催化活性。     

团簇Ni3CoP的成键和催化性质

基于密度泛函理论,以团簇Ni_3CoP为模型对非晶态合金Ni-Co-P的成键性质以及催化活性进行研究。发现团簇Ni_3CoP各构型中不同原子间的成键强度与作用效果存在差异,且对团簇Ni_3CoP的稳定性产生较大影响,其中Co-P成键键级所占比例的大小是单重态与三重态构型稳定性出现较大差异的主要原因;团簇Ni_3CoP中各原子对前线HOMO、LUMO轨道均有不同程度的贡献,为团簇Ni_3CoP的催化反应提供了良好的催化环境;Ni原子是前线轨道的主要贡献者且贡献分布范围广,说明Ni原子最有可能作为团簇Ni_3CoP潜在的催化准活性位并且能使团簇Ni_3CoP呈现出多样的催化活性;此外,Ni原子与Co原子对前线轨道的贡献呈"此消彼长"之势。     

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。     

Co-Fe-B非晶态合金成键及电子性质的DFT研究

利用密度泛函理论(DFT),通过团簇Co2FeB2,CoFe2B2的优化和计算,研究Co-Fe-B非晶态合金成键及电子性质.结果表明:团簇Co2FeB2(富Co)中主要的电子流向为B→Co,B→Fe,而团簇CoFe2B2(富Fe)电子流向多样化,这导致富Co合金中键级比例分布不均匀,而富Fe合金中键级比例相对均匀;另外,金属与B原子成键对合金稳定性的贡献最大,而两种团簇的M(max)-B与Co-Fe键协同作用相反:富Co团簇中Co-B与Co-Fe成键强度同增同长,而富Fe团簇中Fe-B与Co-Fe成键强度相互抑制.以上结论在一定程度上解释了富Co合金热稳定性差的现象.另外,B原子使富Fe团簇空间结构、成键以及电子流动方向更加复杂,使合金非晶态化增加.Co-Fe-B非晶态合金中存在B原子之间近距离接触,希望此结论不久后得到实验验证.     

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Fe4P的催化析氢反应

为研究团簇Fe₄P催化水分子析出氢气的反应活性,以团簇Fe₄P催化析氢的反应机理为依据,运用密度泛函理论并基于前线轨道理论,对优化后得出的8种优化构型,通过讨论其前线轨道图、各构型的HOMO能级与水分子的LUMO能级的差值,发现在吸附反应中构型2^（4）与水分子进行同号轨道重叠的可能性最大,且水中氢原子均吸附于团簇Fe₄P的Fe原子上,即表明Fe原子为团簇Fe₄P潜在的催化活性位点.此外,综合团簇Fe₄P两步催化反应的分析结果,发现构型2^（2）、3^（2）无论是在吸附反应中还是解吸反应中均表现出良好的反应活性,说明构型2^（2）、3^（2）为团簇Fe₄P催化水析出氢气的最优结构模型.     

团簇Ti3Al3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。     

团簇Ti3P2成键及催化活性

为进一步了解团簇Ti3P2的成键性质和催化活性,利用密度泛函理论在B3LYP/Lanl2dz水平下引入极化基,利用拓扑学原理对团簇进行优化,得到较稳定的7种构型进行轨道杂化的分析和研究。得到以下结论:构型1(1)是稳定构型中能量最低,其结构最稳定的;团簇Ti3P2各稳定构型中不同原子间的成键强度与效果各不相同,其中Ti-P键成键强度最大,并且对团簇Ti3P2的稳定性影响也很大;在总态密度及分波态密度图中可以发现d-p杂化和p-d-p杂化均引起Ti-P键的生成,和成键键级比例结论一致;团簇Ti3P2中各原子对HOMO和LUMO轨道的贡献存在差异,同时也为其催化反应提供了良好的条件。     

共掺杂(Cr,Cu,Li)调控Co原子在Co掺杂的ZnO磁性半导体中的分布

利用X射线吸收谱(XAFS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术研究了共掺杂原子(Li,Cu,Cr)对Co原子在Co掺杂ZnO薄膜中分布形式的影响.在共掺杂前,Co原子以替代Zn原子的替代位和金属Co团簇两种形式存在.共掺杂Cr原子后,样品中的Co团簇消失,掺杂的Co原子只以替代位的形式分布在ZnO基体中.与之相反,共掺杂Cu(Li)原子后,样品中的Co团簇含量显著增加.进一步分析表明,共掺杂的Cr原子与Cu(Li)对Co原子分布形式具有截然不同的调控作用是与共掺杂原子在ZnO基体中的空间占位特点密切相关.     

（Ga）12N,（Ga）12B荷电团簇的电子结构与磁性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）研究20面体（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇的电子结构与磁性,系统计算了束缚能BE、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道（HOMO）、最低未占据轨道（LUMO）及其能隙,分析了（Ga）12B,（Ga）12N荷电团簇表面到中心原子间距、束缚能和HOMO与LUMO间的能隙随掺杂原子掺杂位置、带电情况不同的变化.研究表明,具有Ih对称性结构的荷电团簇更稳定,统除Ih对称性结构（Ga）12B1＋荷电团簇有磁性外,其它均无磁性.     

团簇Co2FeB2和CoFe2B2稳定性的研究

为深入了解非晶态Co-Fe-B合金的性质,本文从能量学视角,对团簇Co2FeB2和CoFe2B2各构型所占比例定量分析,探究其稳定性,发现团簇Co2FeB2的结合能和吉布斯自由能变化量随构型能量增加出现剧变点,临界能量约为463.061a.u,主要存在构型为能量低于临界值的两种戴帽三角锥和一种四角锥构型。团簇CoFe2B2的结合能和吉布斯自由能变不存在剧变点,有多种异构体共存。高Co含量的团簇有较小的结合能和吉布斯自由能变化量,稳定性弱,此结论符合相关文献报道。     

团簇Co_2FeBP的磁性

对团簇Co2Fe BP中Co、Fe原子的平均磁矩进行研究分析,结果表明:Co、Fe原子的平均磁矩均小于其理论计算值和实验观测值,B、P原子的引入降低了Co、Fe的磁性;多重度对Co、Fe原子的平均磁矩影响较大,但对其改变量大致相同;随着各构型稳定性的降低,在单重态下,Co、Fe原子的平均磁矩出现振荡性变化,在三重态下,Co原子的平均磁矩呈振荡性,而Fe原子呈单峰状;Co原子的平均磁矩在不同多重度下均变化不大,这与文献报道相一致;构型4(3)的Co原子平均磁矩最大,构型3(3)的Fe原子平均磁矩最大。     

团簇Sc3BP的结构与性质

为了深入了解Sc_3BP的结构与性质,本文基于拓扑学原理、密度泛函理论、B3LYP/Lan12dz水平对团簇Sc_3BP二、四、六重态进行全参数优化和相关频率计算,分析其能量、键级、键长、HOMO轨道和LUMO轨道。研究表明:优化后的构型为三角双锥、四棱锥、戴帽三角锥、平面四边形和平面五边形;构型1(2)的稳定性最好,4(6)稳定性最低;Sc-P,Sc-B键是团簇Sc3BP稳定性的主要贡献者;Sc作为潜在的活性位点是团簇Sc_3BP前线轨道的主要贡献者。构型2~((6))反应活性最好,1~((6))化学稳定性较好。     

基于量子化学的团簇Co4P非晶态合金析氢反应研究

为寻找在团簇Co₄P中具有最优催化析氢性能的构型,该文根据密度泛函理论于B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Co₄P分别进行在二、四重态下的计算,根据前线轨道理论对优化后团簇Co₄P的HOMO图、水分子的LUMO图以及能级差进行分析,发现构型1⁽²⁾、2⁽²⁾的β电子与构型1⁽⁴⁾、2⁽⁴⁾的α电子的HOMO负相位对催化析氢反应的第1步提供了较大的贡献.此外,综合分析析氢反应的各步骤发现:构型2⁽²⁾具有较好的吸附能力,且该构型在吸附1个氢原子后在电化学解吸和化学重组解吸中均具有最优解析性质.因此,构型2⁽²⁾是在团簇Co₄P各优化构型中最优的催化析氢构型.     

杂多阴离子[P2Mo5O23]6-的稳定结构和电子性质DFT比较研究

运用量子化学密度泛函理论(DFT)的BP86,BP91,BLYP方法系统优化[P2Mo5O23]6-杂多阴离子几何结构,并对该杂多阴离子电子性质进行分析比较.计算结果表明:三种方法几何优化结果与实验数据均具有一致性,其中BP86方法计算结果与实验值最接近;最高占有轨道主要分布在与P原子相连的端氧和P-O-Mo键桥氧的p轨道上,最低空轨道主要集中在Mo原子的d轨道和部分O原子的p轨道上;所有Mo原子和P原子的正电荷都小于正常的氧化态,所有O原子的负电荷小于-2.     

富勒烯C60吡咯烷键联噻吩基分子设计的理论研究

利用AM1半经验分子轨道法对所设计的3个富勒烯C60吡咯烷键联噻吩基分子进行优化．计算结果表明,目标物(3)具有较低的跃迁能、较大偶极矩和较高的生成热．LUMO集中分布在C60部分,而HOMO则集中在噻吩环上．通过HOMO和LUMO轨道的比较及电荷分布情况,预测所设计的目标物(3)在基态下可能产生长寿命的电荷分离态．     

原子簇NiFeB2的结构及催化性能

利用DFT(密度泛函理论)方法,对原子簇NiFeB2的10余种可能构型在单重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、成键、电荷分布情况及不同构型的催化性能.结果表明:原子簇NiFeB2以B-B键较长的三角锥形1构型最稳定,是原子簇NiFeB2最有可能存在的构型,B-B在Ni-Fe异侧的平面四边形2构型次之;Ni-B,Fe-B原子间有强烈的成键作用且Fe-B间作用力比Ni-B间作用力大;各构型中电子由B转向Ni,Fe;在形成原子簇NiFeB2的过程中Fe,B原子的所有轨道均参与成键,Ni原子的4p,4s在其成键中起主要作用;除了B-B键较短的三角锥形3构型外的其它构型中Fe原子的催化活性高于Ni原子,B-B键较短的三角锥形3构型和直线型4构型可能具有较好的催化性能;在催化加氮和加氢上直线型4构型具有较好的催化活性.