双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

H2在MgO团簇吸附的从头计算研究

根据最稳定幻数MgO团簇的结构特点,对H₂在岩盐和管状结构(MgO)_9,12表面的吸附性质进行了从头计算研究.结果表明H₂可以在处于团簇不同位置的Mg正离子或氧负离子上发生物理吸附;在Mg离子上H₂以侧位方式吸附并向Mg转移电子,在O离子上H₂以端位方式吸附并被明显极化.吸附的稳定性主要依赖于吸附离子的位置即配位数,Mg/O离子的配位数越低则吸附越强;在配位数相同时,H₂在M 关键词： 团簇 MgO 2吸附')" href="#">H₂吸附 DFT     

(H2O)6的稳定结构及异构过程研究

(H₂O)₆是形成三维立体结构的最小水分子团簇并具有能量较低的多个稳定异构体.本文利用从头计算方法研究了各稳定结构的异构化过程.(H₂O)₆的环状结构与最稳定结构的能量差0.31 eV为一个氢键的键能.水分子团簇的异构化是分子间氢键打开或重组的过程,不同异构体之间的转化每次只涉及一个氢键的打开或重组,异构化的能垒高度在0.07—0.21 eV之间. 关键词： 水分子团簇 2O)₆')" href="#">(H₂O)₆ 异构化过程 从头计算     

超声喷流Ar团簇生长演化过程及团簇尺寸轴向分布的实验研究

针对特定形式的喷嘴产生的Ar气体团簇,利用瑞利散射法研究了团簇的生长演化过程,测量了不同背压下空间轴向上的团簇尺度,得到了团簇尺寸随轴向距离与背压的关系.实验发现,在20—60 atm（1 atm=1013 kPa）背压范围内,距离喷嘴出口5 mm处,Ar团簇尺度最大. 关键词： 超声喷流 Ar团簇 瑞利散射 团簇尺度     

密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质

采用基于密度泛函理论的BP86/CEP-121G （O原子采用6-311G^**基组）方法,对Sc_nO （n=1—9）团簇的几何结构、能量与稳定性、电子结构性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.随着团簇原子个数的增加,O原子从位于Sc_n团簇结构的边缘转变为占据团簇的内部位置.O原子的掺入增加了Sc_n团簇的稳定性,使其能隙升高,并改变了其稳定性及电子结构性质随团簇尺寸变化的规律;含有偶数个Sc原子的氧化物团簇比其周围邻近的含有奇数个Sc原子的氧化物团簇具有相对较高的稳定性.Sc_nO团簇电离势的理论计算值与实验值符合得较好,而其电子亲和势呈现振荡交替上升的变化趋势;用最大化学硬度规律等方法表征了Sc_nO氧化物团簇的稳定性和电子结构性质. 关键词： nO团簇')" href="#">Sc_nO团簇 几何结构 电子性质 密度泛函理论     

355 nm激光光电离甲醛飞行时间质谱的研究

利用脉宽为5 ns脉冲Nd: YAG 355 nm激光在功率密度为10¹¹–10¹² W/cm²条件下实现了甲醛含水团簇多光子电离, 并用飞行时间质谱对其电离产物和电离过程进行了研究. 实验中观测到了甲醛的质子化团簇系列 (CH₂O)_nH⁺(n=1–4), 甲醛的去质子化团簇系列(CH₂O)_nCHO⁺ (n=1–3), 以及两个起源于H₂CO去质子和质子化的含水团簇系列HCO⁺(H₂O)_n(n=1,3,5)和H₃CO⁺(H₂O)_n(n=1,3,5), 并对其中的一些团簇结构构型进行了猜测. 研究在不同的激光功率密度下甲醛团簇质谱峰的变换情况, 当激光密度达到9.3× 10¹¹ W/cm², 开始出现CH₂O和H₂O本体及其光致碎片的信号, 但对应的各质量峰没有明显地分辨开, 而是以包络的形式出现, 这是激光电离产生高能离子释放的一种表现, 提出认等离子体动力学鞘层加速机制(模型)来解释高能离子形成的物理机制. 关键词： 甲醛 团簇 飞行时间质谱 激光电离     

质谱和拉曼光谱对[M(H2O)n]+(M=Li,K)水合团簇的研究

采用质谱、拉曼光谱及理论计算对[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇进行了研究。质谱分析[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇的离子峰,推测其水溶液中最大水化数为12和13。采用拉曼光谱对浓度梯度相同的LiCl和KCl水溶液进行了讨论与比较,Li+和K+的水化作用导致~3 208 cm-1水结构拉曼峰发生了明显的变化,其中LiCl和KCl溶液的浓度分别在0~2.0和0~2.5 mol·L-1范围内,水化作用呈线性增强,浓度大于2.0和2.5 mol·L-1时,偏离线性关系,出现缔合。理论计算[M(H₂O)_n]+水合团簇结构和理论拉曼光谱表明,Li+,K+分别在n>4和n>6开始第二水化层,O-H伸缩振动频率发生了蓝移,氢键结构遭到了破坏,与实验结果一致。     

氢分子在Na2Al6团簇上的吸附和解离性能

氢的物理和化学吸附是氢存储的基本形式,而H₂分子的解离能垒是决定可逆储氢动力学性能的重要因素.纳米团簇是研究材料储氢性能的重要物质层次,研究氢与Na-Al团簇的相互作用性质能够了解纳米尺度的Na-Al氢化物的储氢性能.本文利用密度泛函理论,计算研究了H₂分子在较小的合金团簇Na₂Al₆上的吸附与解离性能.结果表明H₂分子在Na₂Al₆团簇上是弱的物理吸附,但很容易发生解离.氢分子的解离能垒很低,解离可以在环境温度下发生,纳米结构的Na₂Al₆团簇具有良好的化学储氢性能.     

H+5团簇离子及其中性团簇产物H3和H4

报道了H⁺₅的实验结果.分析讨论了H⁺₅的 形成和分解途径.根据理论分析，以稳定的H⁺₃为核心与一个或多个氢分子结合可能形成稳定的H^{+_n氢团簇离子.另一方面，在高频离子源中, 有发生H+₃与H₂反应的条件.实 验中，从高频离子源引出的离子束被静电加速器加速，然后用9 关键词： +}₅团簇离子')" href="#">H⁺₅团簇离子 3中性团簇')" href="#">H₃中性团簇 4中性团簇')" href="#">H_{4中性团簇}     

BaxOy小团簇修饰Ru(0001)表面的结构稳定性和氮分子吸附性质

为了说明钡助剂的存在形式, 本文采用第一性原理方法研究了Ba_xO_y小团簇修饰Ru(0001)表面的结构稳定性和氮分子吸附性质. 基于总能的热力学分析发现, 在实验条件下(500 K, P_H2O/P_H2<10^-3), Ba₂O团簇比BaO₂, BaO, Ba和O等团簇(原子)更加稳定. 这证实含有金属性钡原子的团簇也是氧化钡助剂可能的工作状态. 表面电荷差分密度说明Ba₂O团簇的氧和钡原子与衬底的作用不同. 不过Ba₂O团簇氧和钡原子附近的氮分子吸附行为相似, Ba₂O团簇增强了氮分子和衬底的相互作用. Ba₂O团簇氧和钡原子附近的氮分子吸附能分别为0.78 和0.88 eV, 均大于清洁表面的0.67 eV. 氮分子间距和氮分子的拉伸振动频率都表明Ba₂O团簇在一定程度上活化了吸附氮分子. Ba₂O团簇氧和钡原子附近的N–N键长分别为0.117和0.116 nm, 大于清洁表面的0.114 nm. 氧和钡原子附近氮分子的拉伸振动频率分别为 1888 和1985 cm^-1, 小于清洁表面的2193 cm^-1. 电荷差分密度的计算结果说明, 削弱作用主要来自于Ba₂O团簇中钡离子和氮分子间的静电作用. 两者间的静电作用增加了氮分子π 反键轨道的占据数, 促进了氮分子极化, 从而削弱氮分子键.     

Spark-based improved Basin-Hopping Monte Carlo algorithm for structural optimization of alloy clusters

CoPt alloy clusters are promising candidates for catalysts in fuel-cell applications because of their enhanced catalytic performances compared with pure Pt clusters. In this article, an improved Basin-Hopping Monte Carlo (BHMC) algorithm is proposed to optimize the stable structures of CoPt clusters with different sizes and compositions, and the Spark parallel framework is employed to accelerate the structural optimizations. The results show that the improved BHMC algorithm has higher probability to find the lowest-energy structure and more rapid convergence than the traditional BHMC one. Through the comparison of different threads during Spark parallel computing, it is found that the acceleration ratio increases with the thread number while decreases for large cluster due to the limitation of the resource allocation. By investigating the optimized structures of CoPt clusters, it is revealed that for small CoPt clusters, the most stable structures exhibit a wide variety at different Co/Pt ratios; for large CoPt clusters, however, their structures are independent of the Co/Pt ratios and close to the results of their monometallic counterparts. Besides, for all the CoPt clusters, Pt atoms tend to distribute near the surface and Co atoms are generally located in the interior.     

密度泛函理论研究Nb_2Ge_n(n=1～4)团簇

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平上对Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇进行了系统的理论研究,得到Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇的最低能结构的几何构型和电子性质.优化结果表明:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇最低能结构的自旋多重度均为单重态.团簇最低能结构的电子态与团簇的大小有关.当n为奇数时,团簇的电子态为~1A~1,n为偶数时电子态为1A.通过对计算平均束缚能和分裂能发现:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中热力学稳定性最强的是Nb_2Ge_2团簇;最弱的是Nb_2Ge_4团簇.自然电荷分布的结果说明Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中当n=1-2时,电子转移正常,而当n=3-4时出现电荷反转现象.同时还研究了HOMOLUMO能隙、磁性和红外光谱.     

SimGen(m+n=9)团簇结构和电子性质的计算研究

硅锗团簇结构与电子性质的研究对于研发新型微电子材料具有重要意义. 将遗传算法和基于密度泛函理论的紧束缚方法相结合, 研究了Si_mGe_n(m+n=9)团簇的原子堆积结构和电子性质. 计算结果发现, Si_mGe_n(m+n=9) 团簇存在两种低能原子堆积稳定构型: 带小金字塔的五边形双锥堆积和带桥位Ge原子的四面体紧密堆积. 随着团簇内锗原子数目的逐渐增加, 两种堆积结构均出现明显的转变, 其中最低能量的几何结构由单侧带相邻双金字塔的五边形双锥结构转变为双侧带相邻单金字塔的五边形双锥结构. 随着原子堆积结构的变化, 团簇内原子电荷分布及电子最高占据轨道与电子最低未占据轨道的能隙随团簇内所含硅和锗元素组分的不同呈现出明显的差异.     

单母体遗传算法优化(H2O)n(n≤14)的结构

在传统遗传算法的基础上提出了单母体遗传算法(single-parent genetic algorithm, SPGA)，通过对母体团簇实施两种不同的变异操作对结构进行优化，给出了分子团簇结构优化的算法实现. 结合TIP3P模型势函数，研究了水分子团簇(H₂O)_n(n≤14)的稳定结构. 优化结构和已有理论及实验结果一致. 计算结果表明当n<8时，平均结合能随n增加较快；当n≥8时有小的起伏. n=4,8,10,12的团簇结构具有较高对称性，比较稳定. 关键词： 单母体遗传算法 水分子团簇 结构优化     

密度泛函方法研究Nb2Sin(n=1～6)团簇

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了两个铌原子掺杂硅团簇的几何和电子结构。计算结果表明,Nb2Sin(n=1～6)团簇相对最稳定的结构基本上都保持了Sin+2团簇基态构型的框架,且除了Nb2Si2团簇外,所有的基态都是单重态构型.Nb2Si3的分裂能最大,成为Nb2Sin( n=1～6)团簇中热力学稳定性最强的. 在Nb2Si团簇和Nb2Si2 团簇中电子是从Nb原子向Si原子转移的;当n=3～6时,两个Nb原子的自然电子布局为负,说明Nb2Sin(n=3～6)团簇原子中带电子从Si原子转移到两个Nb原子,电子转移方向发生了改变,即发生了电子反转现象。     

Three-dimensional simulation on explosions of hydrogen atomic clusters irradiated by an intense femtosecond laser pulse

Using classic particle dynamics simulations, the interaction process between an intense femtosecond laser pulse and icosahedral hydrogen atomic clusters H_{13}, H_{55} and H_{147} has been studied. It is revealed that with increasing number of atoms in the cluster, the kinetic energy of ions generated in the Coulomb explosion of the ionized hydrogen clusters increases. The expansion process of the clusters after laser irradiation has also been examined, showing that the expansion scale decreases with increasing cluster size.     

中等尺寸SiN团簇结构和相对稳定性的研究(21≤N≤50,N=60)

在过去二十年里,对中等尺寸硅团簇的研究一直十分活跃.为阐明低能团簇从中等到大尺寸的生长行为,我们对SiN团簇在21≤N≤50,和N=60的结构和相对稳定性进行论述.对Si21-Si29,除Si27外最低能量结构是扁长形.对N≥30,SiN团簇倾向于形成填充富勒烯结构.随着团簇尺寸的增大(N≥41),内部开始出现四面体结构,可视为金刚石晶格结构形成的初始阶段.当团簇尺寸达到N=60时,其已偏离小团簇的类分子行为,但向块体结构的转变还没完成.中等尺寸硅团簇的填充富勒烯结构可以被看作是从类分子向块体过渡的中间阶段.     

密度泛函理论的不同方法研究小钨团簇的结构与稳定性

分别利用密度泛函理论的LSDA方法和B3LYP 方法在有效核势基组(LanL2DZ)水平上系统地研究了Wn(n=2-14)团簇的结构和稳定性.Wn(n=2-14)团簇全局能量最小的最稳定结构被确定.结果表明:在所讨论的尺寸范围内,LSDA方法比B3LYP 方法得到的平均结合能与一阶能量差分高;大部分Wn(n=2-14) 团簇在两种方法计算下具有相同的几何结构.两种方法计算结果均表明:除了W3自旋多重度为3重态外,其余尺寸团簇的自旋多重度均为单重态;n=7的最低能量结构为双戴帽五边环,而非正十面体,n=8-10为笼型结构,n=11-14为扁长型结构.综合平均结合能、一阶能量差分和二阶能量差分,两种计算方法均表明Wn(n=2-14)团簇具有相同的幻数序列(2,6,9 和 13).     

First-Principles Study of Geometries,Stabilities and Electronic Properties of Ca2Sin （n=1-11） Clusters

The equilibrium geometries, relative stabilities, and electronic properties of Ca2Sin （n = 1-11） clusters have been systematically investigated by using the density function theory at the 6-311G （d） level The optimized geometries indicate that the most stable isomers have three-dimensional structures for n = 3-11. The electronic properties of Ca2 Sin （n = 1-11） dusters axe obtained through the analysis of the natural charge population, natural electron configuration, vertical ionization potential, and vertical electron affinity. The results show that the charges in corresponding Ca2Sin clusters transfer from the Ca atoms to the Sin host. Based on the obtained lowest-energy geometries, the size dependence of cluster properties, such as averaged binding energies, fragmentation energies, second-order energy differences, HOMO- LUMO gaps and chemical hardness, are deeply discussed.     

利用密度泛函理论研究BnNi(n≤5)小团簇的结构和磁性

基于第一性原理，用密度泛函理论中的广义梯度近似方法，获得了B_nNi(n≤5)小团簇在不同自旋多重度下的几何构型，确定了最低能量结构，并计算了相应的频率、平均结合能和磁性. 结果表明：B_nNi(n≤5)小团簇最低能量结构的自旋多重度分别为2，1，2，1，2；Ni掺入B团簇后增大了其结合能；Ni原子磁矩和团簇总磁矩随团簇尺寸增大而呈现振荡趋势. 关键词： nNi小团簇')" href="#">B_nNi小团簇 自旋多重度 磁性