CnBδ(δ=0, ±1; n =1～6)团簇的结构、稳定性和光谱

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*和6-311＋G(3df)水平上对C_nB(n=1～6)团簇及其阴离子和阳离子的几何构型和电子结构进行了优化和振动频率计算.得到了C_nB(n=1～6)团簇的电离能,绝热电子亲合势以及C_nB^δ(δ=0,±1)团簇的能隙.结果表明C_nB^－(n=1～6)团簇的基态构型均为线形,这与等电子的C_n簇合物的结构是一致的; C_nB(n=1～6)团簇的基态构型中,除C₂B为不对称的三角形,C₆B为具有C_2v对称性的环状结构外,其余均为线形结构.阳离子团簇中n=2、3、6的基态结构具有C_2v对称性外,其它几个均为线形结构.从几何参数和振动频率上发现,采用密度泛函B3LYP方法在6-311＋G(3df)和6-31G*两种基组上计算得到的键长参数和振动频率非常接近,说明B3LYP方法在计算C_nB簇合物结构参数上对于基组的选择是不太敏感的.通过对C_nB(n=1～6)的光电子能谱性质的研究发现,C₄B容易获得一个电子形成阴离子团簇,但失去一个电子是很困难的,这与实验上观测到的结果非常吻合.     

VB2n-(n=8~12)团簇几何结构、电子及热力学特性的理论研究

基于卡里普索结构预测程序和密度泛函理论的第一性原理计算,搜索确定了VB_2n^-（n=8~12）团簇的基态和亚稳态结构。结果发现,V原子的掺杂完全改变了原硼团簇的结构并提高了原体系的稳定性。掺杂体系基态结构分别呈现高对称性的鼓状（VB₁₆^-：C_2v）、管状（VB₁₈^-：C_2v和VB₂₀^-：C_s）及笼状（VB₂₂^-：C₂和VB₂₄^-：D_3h）结构。基于基态结构,研究了体系的电荷转移和极化率,拟合出了光电子能谱、红外和拉曼谱图,分析了流变键和芳香特性。最后,研究了体系的热力学特性,讨论了温度对热力学参数的影响。     

用密度泛函和遗传算法研究Cun (n≤20) 团簇的尺寸效应

结合遗传算法和Gupta多体势系统地搜索金属团簇Cu_n (n≤20)的几何结构, 并利用密度泛函方法进一步确定最稳定构型. 分析了平均键长、平均配位数、结合能、二阶差分能、电离势和电子亲和势等性质随着尺寸的变化规律. 发现在Cu₇处团簇最稳定构型从二维结构转向三维结构, Cu_n (n≤20)团簇的幻数为8, 13, 20. 团簇的键长、配位数和结合能属性随着尺寸的增长而递增最终接近相应的体相值; 而二阶差分能、电离势和电子亲和势随着尺寸增加出现奇偶交替, 说明偶数电子形成闭壳层结构, 比相邻团簇更稳定.     

(BN)n(n≤12)团簇的结构及成键性质

利用遗传算法和Gastreich提出的经验势函数研究了(BN)_n(n≤12)团簇的可能稳定结构, 并对能量较低的异构体在HF/6-31G(d)水平进行优化, 得到了(BN)_n(n≤12)团簇的线状、蒲扇形、单环、双环、三环和笼状结构, 讨论了各种结构的特征及相对稳定性. 分析了BN团簇中原子的成键性质, 在单环结构中, N原子以sp2杂化成键, B原子以sp杂化成键, 而在节点处B原子以sp2杂化成键. (BN)6是唯一没有张力的单环结构.     

GamN (m＝1～9)团簇结构与稳定性的量子化学研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-31G*水平上对Ga_mN (m＝1～9)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了理论研究. 给出了将Ga_mN团簇中化学键键型和成键数目的多少与团簇的稳定性相结合, 可以较快找到Ga_mN团簇基态结构的一种方法. 通过对基态结构的能量二次差分讨论, 得到m为奇数的Ga_mN团簇比m为偶数的稳定.     

原子簇FenB2(n=1～6)结构和性质的DFT研究

本文对上百个Fe_nB₂和Fe_n(n=1～6)原子簇模型进行密度泛函理论计算，用来模拟非晶态合金Fe-B体系的局域结构，并考察类金属元素硼的引入对体系性质的影响。将优化构型的键长和电荷分布与实验数值进行比较，发现本文所使用的原子簇模型在一定程度上可以真实、准确地反映非晶态合金Fe-B体系的局域结构。利用这些构型，我们对其键级、电子、催化以及磁学性质进行了讨论。结果表明：原子簇中均存在着强烈的Fe-B键作用，其中在高铁含量原子簇中Fe-Fe键的作用也较为明显；综合热力学、费米能级及态密度的研究结果，发现原子簇Fe₄B₂在合成氨和固氮过程中有可能表现出更为优越的催化活性。结合对原子簇Fe_n和Fe_nB₂(n=1～6)平均3d轨道布居数的分析，发现原子簇Fe_nB₂(n=1～6)的平均磁矩均小于相应原子簇Fe_n(n=1～6)的理论数值和纯金属铁的实验数值(5.7～6.0 BM)，也就是说原子簇Fe_nB₂(n=1～6)均表现出软磁性。     

基于密度泛函理论分析团簇ConMoS(n=1~5)电子性质、光学性质及磁性

为了从理论层面深入探究团簇Co_nMoS （n=1~5）的电子性质、光学性质及磁性,弄清其内在关联,依据拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/def2-TZVP量子化学水平和多个自旋多重度下对该团簇进行结构优化并分析。结果表明：团簇Co_nMoS共有21种稳定构型;通过对NPA （自然布居分析,natural population analysis）电荷、静电势、亲电指数、电离势、光学电负性和折射率等分析得出,金属原子有高概率失去电子,非金属原子相对更容易得到电子,团簇Co₅MoS中的构型5a在最稳定构型中有高的得失电子能力、反应活性和折射率,Co和Mo原子易发生亲核反应,S原子易发生亲电反应;对该团簇自旋布居数、原子磁矩、轨道磁矩和态密度分析发现,该团簇磁性主要由Co原子的d轨道提供,且团簇Co₃MoS表现出了比其它尺寸团簇更为稳定和优异的磁性。最终得出团簇Co₃MoS在磁性方面有较好的表现且构型5a在活性和光学领域有一定的潜力。     

C59XH (X＝N, B)自由基加成区域选择性的理论研究

用半经验的AM1方法, 对C₅₉XHCl_2n (X＝N, B; n＝1～2)和C₆₀H₂Cl_2n (n＝1～2)的异构体进行几何构型全优化和振动频率计算, 结合密度泛函B3LYP/6-31G*单点能计算确定各异构体的相对稳定性. 对比C₅₉XH (X＝N, B)和C₆₀H₂的H₂加成方式, 计算结果表明H₂或Cl₂加在碳笼官能化部分的邻近位置在能量上都是有利的; C₅₉NH和C₅₉BH自由基多加成物区域选择性的差别可归因于N原子和B原子电子性质的不同; 立体效应是导致H₂和Cl₂加成方式不同的主要原因.     

(GaP)n和(GaP)n－ (n＝10～16)团簇的结构与稳定性研究

采用密度泛函理论B3LYP/Lanl2dz方法对(GaP)_n和(GaP)_n^－ (n＝10～16)团簇的一系列异构体的结构和稳定性进行了研究. 讨论了中性团簇得到一个电子之后, 几何结构和电子性质的变化. 频率分析预测出最强吸收峰位于341～390 cm^－1区域. 从能隙、结合能和能量二次差分等方面综合考虑, 具有T_h对称性的(GaP)₁₂和(GaP)₁₂^－分别是中性(GaP)_n和阴离子(GaP)_n^－团簇中最稳定的, 而具有T_d点群结构的(GaP)₁₆也比较稳定, 究竟哪种结构易于合成还有待于实验的进一步证实. 在相同理论水平上计算了基态(GaP)_n (n＝10～16)的绝热电子亲合势(AEAs)及其基态阴离子的垂直电离能(VDEs), 这对以后的实验数据分析将有一定的参考价值.     

包含两个平面五配位碳原子C2＋nB10－n (n＝0～10)团簇的结构的理论研究

采用B3LYP/6-311＋G**方法, 我们优化了初始构型中包含两个平面五配位碳原子(ppCs)的C_{2＋nB10－n (n＝0～10)团簇的结构并计算了它们的振动频率. 计算结果表明, C2＋nB10－n (n＝0～2)团簇是稳定的, 而且这三个结构中ppC—B键的Wiberg键级介于0.511～0.909之间, ppC—C键的Wiberg键级为0.2254 (n＝1)和0.8586 (n＝2), ppC的键级介于3.778到3.879之间, 即这三个结构中存在两个ppCs, 而且ppC遵循八隅规则; C2＋nB10－n (n＝3～6)团簇的最稳定结构包含一个ppC; C2＋nB10－n (n＞6)团簇能量最低结构中不存在ppC. 而且只有团簇C2＋nB10－n (n＝0～2)中没有悬键, 它们的(电子数分别为: 6, 7和8, 计算它们的NICS(0)值表明强芳香性一般位于局部的三元环中心, 表明局部离域有利于平面结构的形成. C2＋nB10－n (n＝0～2)团簇的第一垂直激发能分别为: 1.91, 0.56和3.12 eV.}     

线性BC2nB (n＝1～12)的结构特征和电子光谱的理论研究

应用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G^*水平上优化得到了线性簇合物BC_2nB (n＝1～12, D_(h)的平衡几何构型, 并计算了它们的谐振动频率. 在优化平衡几何构型下, 通过TD-B3LYP/cc-pvDZ和TD-B3LYP/cc-pvTZ计算, 分别得到了n＝1～12和n＝1～7的电子跃迁的垂直激发能和对应的振子强度. 在B3LYP/6-311＋G^*水平上计算得到了簇合物BC_2nB (n＝1～12, D_(h)的电离能. 基于计算结果, 导出了BC_2nB体系电子跃迁能以及第一电离能与体系大小n的解析表达式.     

基于密度泛函理论分析团簇ConMoS(n=1~5)电子性质、光学性质及磁性

为了从理论层面深入探究团簇 Co_nMoS(n=1~5)的电子性质、光学性质及磁性,弄清其内在关联,依据拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/def2-TZVP量子化学水平和多个自旋多重度下对该团簇进行结构优化并分析。结果表明：团簇ConMoS共有21种稳定构型;通过对NPA(自然布居分析,natural population analysis)电荷、静电势、亲电指数、电离势、光学电负性和折射率等分析得出,金属原子有高概率失去电子,非金属原子相对更容易得到电子,团簇Co₅MoS中的构型5a在最稳定构型中有高的得失电子能力、反应活性和折射率,Co和Mo原子易发生亲核反应,S原子易发生亲电反应;对该团簇自旋布居数、原子磁矩、轨道磁矩和态密度分析发现,该团簇磁性主要由Co原子的d轨道提供,且团簇Co₃MoS表现出了比其它尺寸团簇更为稳定和优异的磁性。最终得出团簇Co₃MoS在磁性方面有较好的表现且构型5a在活性和光学领域有一定的潜力。     

Li和Al掺杂的MgO(001)表面负载W3O9团簇的构型与电子结构

采用基于第一性原理的分子动力学和量子力学相结合的方法, 对W₃O₉团簇在经Li 和Al 原子掺杂的MgO(001)表面的负载构型、稳定性以及体系的电子结构进行了系统研究. 结果表明, 当掺杂发生在表层时, 杂质原子的类型对W₃O₉团簇的负载构型有显著影响. 对于缺电子的Li 掺杂, 负载后W₃O₉团簇环状构型并不稳定, 转化为链状结构; 而Al 原子的掺杂则使得MgO(001)表面电子富余, 此时W₃O₉团簇存在平躺和垂直两种吸附方式, 二者能量稳定性相近, 其中前者存在同时与三个W原子成键的帽氧结构. 当掺杂发生在次表层时, 两种掺杂体系W₃O₉的负载构型相似, 团簇仍保持环状结构并倾向于采用垂直方式沉积在表面上. 与Li 掺杂体系相比, 富电子的Al 掺杂可显著增强W₃O₉与MgO(001)表面之间的结合能力, 负载后有较多电子从表面转移到团簇中特定的W原子上, 这将对W₃O₉团簇的催化性能产生显著影响.     

白光LED用铕掺杂硼铋钙玻璃的结构与光学性能

采用熔融冷却法制备了铕掺杂的硼铋钙玻璃。研究了不同硼铋比（n_B/n_Bi）和钙离子浓度条件下的密度、摩尔体积、折射率等物理性质,分析了玻璃的结构、光学性质和热稳定性。实验结果表明,Eu³⁺较好的熔融于玻璃中,形成发光中心,在465 nm蓝光激发下,613 nm处有较为强烈的发射,光谱强度值随n_B/n_Bi变化不明显,但随CaO浓度升高而逐渐递减。玻璃结构总体呈现非晶态,对称性相对较低,结构致密程度和对称性均随n_B/n_Bi的降低而降低,随CaO浓度的升高而升高。玻璃结构主要组成为[BO₃]三角体、[BiO3]三角体,[BO₄]四面体和[BiO₆]八面体,不存在[BO₃]组成的硼六元环。研究结果表明,此系列硼铋钙玻璃能有效匹配蓝光芯片发射红光,且具有熔点低、热稳定较好、折射率相对适宜的特点。     

AlmN2和AlmN2＋ (m＝1～8)团簇结构与稳定性的量子化学研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311G*水平上对Al_mN₂和Al_mN₂^＋ (m＝1～8)团簇的几何构型、电子结构、振动频率和分子轨道进行了理论研究. 结果表明, Al_mN₂类团簇的基态结构有两种基本构型, 一种是以N—N键为核心周围与Al原子相配位形成的, 一种是由两个Al_nN (n≤m/2)分子碎片通过共用Al原子或Al—Al键相互结合形成的. 对Al_nN分子碎片相互结合形成结构的绝热电离能讨论得到, m为偶数的团簇比m为奇数的稳定.     

含硅铁键环状化合物[Me2Si-η5-C5H4Fe(CO)(PPh3)][Me2Si-η5-C5H4Fe- (CO)2－n(PPh3)n] (n＝0或1)的合成与结构

鉴于含硅-过渡金属键化合物作为催化剂具有重要的应用价值, 在我们最近发现的化合物(η⁵,η⁵-C₅H₄Me₂SiSi-Me₂C₅H₄)Fe₂(CO)₄ (1)的硅硅键和铁铁键复分解重排反应可以有效地合成含有两个硅铁键的环状化合物[Me₂Si-η⁵-C₅H₄- Fe(CO)₂]₂ (2)的基础上, 对该硅铁键环状化合物的三苯基膦取代衍生物[Me₂Si-η⁵-C₅H₄-Fe(CO)(PPh₃)][Me₂Si-η⁵-C₅H₄Fe(CO)_2－n(PPh₃)_n] (3: n＝0, 5: n＝1)的合成方法进行了研究. 发现化合物1在三苯基膦存在下的复分解重排反应是合成单三苯基膦取代产物3的最好方法; 而双三苯基膦取代化合物5则可通过光照条件下2与三苯基膦发生羰基取代反应而得到, 产物中含有的顺反异构体可利用制备薄层色谱法分离. 利用X射线衍射法测定了化合物3的分子结构, 考察了三苯基膦配体的存在对分子结构的影响以及三苯基膦与铁形成的配位键的稳定性.     

Al70Cu30合金液态RDF高斯分解与局域结构计算

运用密度泛函B3LYP方法对Al_mn₃₀(m，n≤4)团簇结构进行量子化学计算，得到团簇的稳定构型。对不同温度下X-射线衍射实验所得的径向分布函数(RDF)在0.2～0.4nm范围内做高斯分解，结合计算结果对高斯峰的意义做了解释，认为计算所得部分团簇构型可以代表Al₇₀Cu₃₀合金熔体的内部局域结构。     

低聚1,4-苯乙烯撑及其衍生物的结构和吸收光谱的理论研究

用B3LYP/6-31G对低聚物(PV)_n (PV＝1,4-phenylene vinylene, n＝2～8)和(PVSD)_n (PVSD＝2-(1,4-phenylene vinylene)-10-vinylene-spirocyclohexane-1,6-dibenzo[d,f](1,3)dioxepin, n＝1～4)体系进行了全优化并分析其结构特点, (PV)_n (n＝2～8)体系的结构中所有相邻C原子间形成的二面角均小于1°, 即所有原子有共面的趋势. 而在(PVSD)_n (n＝1～4)体系中低聚物的七元环处有较大的二面角, 约38°, 即在此处结构存在较大的扭曲. 这种扭曲结构对其光谱性质有较大的影响. 在优化结构的基础上分析了两系列低聚物的HOMO-LUMO能隙随n递增的变化规律和对光谱性质的影响, 推断高聚物的发光性质. 同时用ZINDO, TD-DFT方法计算这两系列低聚物的能隙和吸收光谱, 并将低聚物的这些性质与链长的倒数作图外推得到相应的高聚物的能带隙和吸收光谱最大吸收波长. 根据外推能带的曲线估算了聚合物的有效共轭链长. 结果说明, 在(PVSD)_n (n＝∞)中的扭曲结构特点导致其相对(PV)_n (n＝∞)的有效共轭链长变短, 能带隙变宽, 吸收光谱蓝移.     

乙醇-水分子团簇C2H5OH(H2O)n (n=1-9)稳定结构的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP方法, 在B3LYP/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对乙醇-水分子团簇(C₂H₅OH(H₂O)_n (n=1-9))的各种性质进行研究, 如: 优化的几何构型、结构参数、氢键、结合能、平均氢键强度、自然键轨道(NBO)电荷分布、团簇的生长规律等. 结果表明, 从二维(2-D)环状结构到三维(3-D)笼状结构的过渡出现在n=5的乙醇-水分子团簇中. 此外, 利用团簇结合能的二阶差分、形成能、能隙等性质, 发现在n=6时乙醇-水分子团簇的最低能量结构稳定性较好, 可能为幻数结构. 最后, 为了进一步探讨氢键本质, 将C₂H₅OH(H₂O)_n (n=2-9)最低能量结构的各种性质与纯水分子团簇(H₂O)_n (n=3-10)比较, 结果表明前者与后者中的水分子之间氢键相似.