第一性原理计算ZrnFe(n=2—13)团簇的基态结构及其磁性

从第一性原理出发，利用密度泛函理论中的广义梯度近似对Zr_nFe(n=2—13)团簇进行了结构优化、能量和频率计算.在充分考虑自旋多重度的前提下，对每一具体尺寸的团簇，得到了多个平衡构型，并根据能量高低确定了团簇的基态结构.综合团簇的结合能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙可知Zr₅Fe，Zr₇Fe和Zr₁₂Fe团簇的稳定性相对较高，Zr₁₂Fe团簇的结构是具有I_h对称性的正二十面体，而且Zr₁₂Fe的稳定性在所有团簇中是最高的.另外，不仅Zr₅Fe，Zr₇Fe和Zr₁₂Fe团簇的稳定性相对较高，而且它们均为磁性团簇(而Zr_n团簇的磁矩在n≥5时已经发生了淬灭)，由此可知通过选择合适的掺杂元素可能得到高稳定的磁性团簇.从Mulliken布居分析结果可知，除了在Zr₁₂Fe团簇中Fe原子失去少量电荷外，其他团簇中Fe原子均从Zr原子那里得到了一定量电荷，即Fe原子在Zr_nFe(n=2—13，n≠12)团簇中是电子受体.     

密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究

用B3LYP/LANL2DZ方法对Zr_nPd(n =1—13)团簇的平衡几何结构、能量、频率、电子性质和磁性进行了计算.研究表明,Pd原子位于表面的异构体更为稳定,其中Zr₇Pd,Zr₁₂Pd团簇稳定性高,是幻数团簇,此外,相对于Zr_nCo与Zr_nFe团簇,Zr_nPd团簇参与化学反应的能力较弱,化学稳定性更     

三明治结构Tan(B3N3H6)n+1 团簇的磁性和量子输运性质

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 本文对小尺寸团簇Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1 (n ≤ 4)的磁性和量子输运性质进行了系统的研究. 计算结果表明, 此类体系采用三明治结构作为其基态并且具有较高的稳定性. 体系的磁矩随团簇尺寸的增大而线性增大. 当把Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1团簇耦合到Au电极上时, 形成的Au-Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1-Au体系在有限偏压下展示出了较强的自旋过滤能力, 因而可以被看做是一类新型的低维自旋过滤器.     

Density Functional Theory Study on Electronic and Magnetic Properties of Mn-doped (MgO)n (n=2～10) Clusters

利用密度泛函理论方法优化了纯的和M_n原子掺杂的(MgO)_n (n=2～10)团簇的几何结构. 在Mn原子掺杂的氧化镁结构中, 获得了一系列的同分异构体和与之相对应的总能量.MnMg_n-1O_n(n=2～10)的几何构型显示Mn原子优先取代低配位的Mg原子. 结构稳定性分析表明,除了(MgO)₁₀团簇外,其它纯的和掺杂结构的平均结合能均随着团簇的增大而增强. MnMg_n-1O_n团簇的二阶能量差结果表明MnMg₅O₆和MnMg₈O₉比相邻的团簇表现出更高的相对稳定性. 除了MnMgO₂团簇的磁矩为3.00 μB外,其它掺杂结构的磁矩均为5 μB左右. 它们的磁性主要受电荷转移大小、原子在结构中的位置以及结构尺寸所影响.     

AunSc (n=2～13)团簇的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Au_nSc(n=2～13)的几何构型进行优化,并对能量和电子性质进行了计算．结果表明,当n≤11时,Au_nSc的低能量结构是平面结构,且掺杂的Sc原子没有扰乱Au_n的框架;当n≥12,Sc原子陷入了金团簇所形成的笼内．二阶能量差分、分裂能、电离势、亲和势和能隙表明Au₃Sc、Au₅Sc、Au₇Sc、Au₉Sc、Au₁₁Sc和Au₁₃Sc是较稳定的团簇;掺杂的Sc原子提高了纯金团簇的稳定性且改变了纯金团簇化学活性的;当n≤11时,Au_nSc的磁矩在0.000～1.000 μB振荡;对于n≥12,Au_nSc的磁矩出现了猝灭．     

Li2Bn(n=1—10)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析了Li2Bn(n=1-10)团簇的几何结构及电子性质.同时,讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率.研究表明: Li2Bn(n=1-10)团簇基态大多为立体构型. 能级间隙和二阶能量差分结果表明Li2B8是幻数团簇.对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明,基态Li2Bn团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑,但尚未形成特定的堆积方式.     

异质富勒烯C19M(M=Cr,Mo,W)的结构和电子性质的计算研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在LANL2DZ基组水平上, 优化了C₁₉M(M=Cr,Mo,W)团簇的几何结构, 得出了它们的基态构型, 并研究了基态结构的物理化学性能.结果表明: 不同的M原子替换后, C₁₉M的动力学稳定性相差不大, 而热力学稳定性随着M原子序数的增加而逐渐升高; 通过对C₁₉M的前线轨道分析发现, M原子对各个轨道均有一定的贡献, M原子对各个轨道的贡献大致随着M原子序数的增加而增加, C₁₉M中金属原子M(M=Cr,Mo,W)上集中了大量的正电荷; C₁₉M的芳香性随着M原子序数的增加而减弱.     

内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

Al2O3Hx(x=1—3)分子团簇的结构与光谱研究

用密度泛函理论(DFT)的B3lyp方法在6-311++g(d,p)水平上对Al₂O₃H_x(x=1—3)分子的几何构型, 电子结构, 振动频率等性质进行了系统研究. 并给出了它们可能基态结构的总能量(E_T), 零点能(E_z), 摩尔热容(C_v), 标准熵(S), 原子化能(ΔE_m), 垂直电离能(IP)及垂直电子亲和能(E_A). Al₂O₃H和Al₂O₃H₂分子可能的基态的几何构型都为平面结构. Al₂O₃H₃的两个可能为基态的几何构型都是在立体Al₂O₃(D_3h)的几何结构基础上加三个氢原子构成. 这三个分子的能量最低结构为Al₂O₃H(²A′)C_s, Al₂O₃H₂(¹A′) C_s, Al₂O₃H₃ (²A) C₁.     

Li2Bn(n=1～10)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析Li2Bn(n=1～10)团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率等物理化学性质.由此讨论了团簇的几何结构和电子性质.研究表明:Li2Bn(n=1～10)团簇基态大多为主体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明Li2B8为幻数团簇.对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明,基态Li2Bn团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑,但尚未形成特定的堆积方式.     

KBn(n=1~10)团簇的结构和性质的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析了KBn(n=1~10)团簇的几何结构及电子性质和极化率.通过研究团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分分析了团簇的稳定性规律,研究表明: KBn(n=1~10)团簇基态多数为立体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明KB3与KB9是幻数团簇.对团簇基态的极化率研究表明KBn团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,基本形成了一定的堆积方式.静态第一超极化率研究表明KB8与KB4两种平面构型的团簇具有较好的非线性光学性能.     

特定位点上CO2与(TiO2)n团簇相互作用的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论系统地研究了(TiO₂)_n团簇上二氧化碳(CO₂)的吸附和活化性质. 计算结果表明,CO₂更倾向于吸附在(TiO₂)_n团簇的桥氧原子上,形成“化学吸附”碳酸盐络合物. 而CO更倾向于吸附到末端Ti-O的Ti原子上. 发现计算得到的碳酸盐振动频率值与实验获得的结果非常吻合,这表明配合物中CO₂的几何构型与其线性型相比,有微小的弯转. 通过对电子结构、电荷密度、电离势、HOMO-LUMO以及态密度的分析,证实了CO₂与团簇之间的电荷转移以及相互作用. 从预测的能量分布图来看,(TiO₂)_n团簇上的CO₂活化与结构密切有关,相比于块体的TiO₂,CO₂在团簇结构上更易于吸附和活化.     

4s和4p半核态引入价态(导致杂化指数降低)可以减弱Mon (n=2∽18)团簇的二聚体现象的第一性原理研究

钼团簇因具有独特的结构、电子和物理化学性质,被期待在未来的纳米科技中扮演重要角色,但是它们的基态结构至今还存在争议. 本研究采用粒子群优化(CALYPSO)方法对Mo_n (n=2∽18)团簇的晶体结构进行全局域能量最小化搜索,并结合第一性原理方法进一步优化. 计算表明：当4s和4p半核态不作为价态时,Mo_n (n=2∽18)团簇有明显的二聚体趋势,原子数为偶数的团簇往往是“幻数”团簇,具有较高的稳定性;但是,将4s和4p电子作为价电子后,平均杂化指数H_sp、H_sd和H_pd显著降低,二聚体趋势急剧减弱. 本文报道了Mo_n(n=11,14,15)团簇的新基态结构,证明了半核态对于Mo_n团簇是十分重要的.     

ConCm±(n=1-5; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究

本文采用基于自旋极化的密度泛函理论系统研究了Co_nC_m^± (n=1-5; m=1,2)团簇的几何结构和电子结构特性. 将Co_nC^± (n=2-5)团簇中的一个Co替换为C原子, 个体的基态几何结构发生明显变化; 在Co_nC₂^± (n=1-5)团簇的生长序列中, 发现从n=3开始团簇中的两个C原子有彼此分离分布的趋势, 我们分析, 这是Co金属能够维持单壁碳纳米管(SCNTs)保持开口生长, 成为非常有效的一种催化剂的重要原因. 同时, 将Co_nC^± (n=2-5)团簇中添加一个Co原子后系统的总磁矩出现大幅下降的趋势, 但仍保持奇偶交替的规律. 通过比较中性及带电的Co_nC以及Co_nC₂ (n=1-5)团簇的碎裂能, 本工作发现: 由实验获取的SCNTs应均为带正电的体系, 这一结论与已有的实验模型拟合得很好.     

KBn（n=1～10）团簇的结构和性质的密度泛函理论研究北大核心CSCD

应用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法在6-311＋G（d）水平上计算并分析了KBn（n=1～10）团簇的几何结构及电子性质和极化率．通过研究团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分分析了团簇的稳定性规律,研究表明：KBn（n=1～10）团簇基态多数为立体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明KB3 与KB9是幻数团簇．对团簇基态的极化率研究表明KB。团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,基本形成了一定的堆积方式．静态第一超极化率研究表明K战与KB4两种平面构型的团簇具有较好的非线性光学性能。     

TiGen-(n=7~12)团簇的光电子能谱及密度泛函理论研究

利用光电子能谱及密度泛函理论计算对TiGe_n^-(n=7~12)团簇的几何结构及电子特性等进行了系统研究. 对于TiGe_n^-负离子及中性TiGe_n,在n=8时出现了钛原子半内嵌的船型结构;在n=9~11时,新增的锗原子加盖到这种船型结构上,逐步形成钛原子完全内嵌的结构. TiGe₁₂^- 团簇具有一种钛原子内嵌的变形六棱柱结构. 自然布居分析结果显示,对于n=8~12的TiGe_n^-/0 团簇,随着内嵌结构的形成,有电子从锗原子转移到钛原子,说明其电荷转移方式与结构演变密切相关.     

CH2和CH3自由基吸附在Cun (n=1-6)团簇上C-H对称振动模式的软化

利用密度泛函理论中杂化泛函理论方法计算了CH₂和CH₃自由基吸附在Cu_n(n=1～6)团簇上时C?H对称伸缩振动模式的软化性质,结果表明,CH₂在Cun团簇上的吸附要比CH₃的吸附强. 计算得到的C-H键的振动频率与实验上测量的这两个自由基吸附在Cu(111)表面的结果符合得很好,随着团簇尺寸的增加,C-H对称伸缩振动频率的软化(红移)越来越大.     

SiO2分子的基态(X1A1)结构与分析势能函数

应用群论及原子分子反应静力学方法推导了SiO₂分子的电子态及其离解极限，采用B3P86方法，在6-311G^**水平上,优化出SiO₂基态分子稳定构型为单重态的C_2V构型，其平衡核间距R_e=R_Si—O=0.1587 nm,∠OSiO＝111.2°,能量为-440.4392 a.u..同时计算出基态的简正振动频率:对称伸缩振动频率ν(B₂)=945.4cm^-1，弯曲振动频率ν(A₁)=273.5 cm^-1和反对称伸缩振动频率ν(A₁)=1362.9cm^-1.在此基础上，使用多体项展式理论方法，导出了基态SiO₂分子的全空间解析势能函数，该势能函数准确再现了SiO₂(C_2V)平衡结构.     

态|Ψn(2)>q的广义非线性等阶N次方H压缩效应

构造了一种新型的多模叠加态|Ψ_n⁽²⁾>_q=C_n^(R)|{-iZ_j^*}>_q+C_n⁽⁰⁾|{O_j}>_q;并首次详细地研究了此量子态的等阶N次方H压缩特性.大量的计算和分析表明:态|Ψ_n⁽²⁾>_q是一种多模典型的非经典光场;还发现了"相似压缩"等现象.     

Cs2 NaMF6(M=Al,Ga):Cr3+络合分子体系局域结构和基态分裂的理论研究

采用双自旋轨道耦合系数模型并结合完全能量矩阵的方法对Cs₂NaMF₆(M=Al, Ga):Cr³⁺ 体系中Cr³⁺ 离子的基态分裂和局域结构进行了研究.通过模拟光谱和EPR谱确定了Cr³⁺ 取代 M³⁺ 形成的两种占位结构的畸变角,发现用双自旋轨道耦合系数模型与单自旋轨道耦合系数模型计算出的畸变角Δθ存在较大的差异.这表