Isomorphous substitution in bimetallic oxide clusters

The geometric and electronic structure of bimetallic oxide clusters is studied as a function of their composition with gas phase vibrational spectroscopy. Infrared multiple photon dissociation spectra of titanium-vanadium oxide cluster anions are measured in the 500 to 1200 wave number range and assigned on the basis of harmonic frequencies calculated using density functional theory. Singly substituted (V(2)O(5))(n-1)(VTiO(5))(-) (n=2-4) cluster anions are shown to form polyhedral caged structures similar to those predicted for their isoelectronic counterparts, the neutral (V(2)O(5))(n) clusters. Upon systematic exchange of V by Ti atoms in V(4-n)Ti(n)O(-)(10) (n=1-4), the structure does not change. The stress induced by the isomorphous substitution results in an increased number of unpaired electrons (n-1) for the Ti-rich systems, leading to a quartet ground state for Ti(4)O(-)(10).     

铟团簇结构和电子性质的密度泛函研究

用密度泛函方法研究了Inn(n=2-7)团簇的稳定结构和电子性质。结果表明：自旋多重度对结构的影响不大;对于基态结构,n≤5时为平面结构,n≥6时为立体结构,n=6为结构转变点;平均结合能曲线随团簇尺寸增大逐渐平缓;能隙、结合能的二阶差分和电离势随团簇尺寸的变化趋势完全一致,均反映出In4团簇的基态结构较为稳定,具有较强的非金属性。     

铟团簇结构和电子性质的密度泛函研究

用密度泛函方法研究了In_n(n=2～7)团簇的稳定结构和电子性质.结果表明:自旋多重度对结构的影响不大;对于基态结构,n≤5时为平面结构,n≥6时为立体结构,n=6为结构转变点;平均结合能曲线随团簇尺寸增大逐渐平缓;能隙、结合能的二阶差分和电离势随团簇尺寸的变化趋势完全一致,均反映出In_4团簇的基态结构较为稳定,具有较强的非金属性.     

ThTiO_4~(-/0),Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的电子结构和化学成键的密度泛函理论研究

本文采用B3LYP密度泛函理论方法,探究双核、三核掺杂钍氧簇体系ThTiO_4~(-/0)、Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的几何构型、电子结构和化学成键等规律,并与等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)进行对比,研究掺杂效应对于掺杂体系的结构和成键等性质的影响.结果表明:掺杂钍氧簇与其等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)具有类似的键连方式.ThTiO_4~-中单电子占据的位置与Ti2O-4中单电子的所处位置类似,都是被两个金属原子共用,而Th_2 TiO_6~-,Th Ti_2O_6~-以及Ti_3O_6~-中的单电子均处于那个不含端氧的金属原子上.     

Ge(SiO2)n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO2)n (n = 1—7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算。 结果表明,Ge(SiO2)n的最低能量结构是在(SiO2)n端位O原子以及近邻端位O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇。掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO2)n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO2)3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Gem(SiO2)3的能隙从可见光区到近红外光区变化。二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO2)2和Ge(SiO2)5团簇是稳定的。     

Eu_mSi_n(m=1～2,n=1～8)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似（GGA）研究了Eu₂Si_n（n=1～7）团簇的基态几何结构,系统计算了平均结合能E_b、二阶能量差分△₂E、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙,并与已有的EuSi_n（n=2～8）团簇相关数据作对比分析.研究表明:单Eu原子比双Eu原子掺杂的Si团簇具有更高的稳定性,EuSi₃、EuSi₆、Eu₂Si₄团簇较相应邻近团簇结构稳定;Eu_mSi_n（m=1～2,n=l～8）团簇的能隙随着团簇总原子数的增加呈现振荡变化,态密度分析得到能隙振荡变化的原因是S原子的s轨道与Eu原子的p轨道发生了杂化.     

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件,采用密度泛函理论,对Mo_n(n=2-13)及Mo_nC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级,对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明,Mo_n团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知,n=6,9时Mo_n团簇的稳定性较高,n=4,7,10时Mo_nC团簇的稳定性较高.     

Probing the structural,electronic and magnetic properties of small Au4M (M = Sc–Zn) clusters

Density-functional method PW91 has been selected to investigate the structural, electronic and magnetic properties of Au₄M (M =Sc–Zn) clusters. Geometry optimisations show that the M atoms in the ground-state Au₄M clusters favour the most highly coordinated position. The ground-state Au₄M clusters possess a solid structure for M = Sc and Ti and a planar structure for M = V–Zn. The characteristic frequency of the doped clusters is much greater than that of pure gold cluster. The relative stability and chemical activity are analysed by means of the averaged binding energy and highest occupied molecular orbital and lowest unoccupied molecular orbital energy gap for the lowest energy Au₄M clusters. It is found that the dopant atoms can enhance the thermal stability of the host cluster except for Zn atom. The Au₄Ti, Au₄Mn and Au₄Zn clusters have relatively higher chemical stability. The vertical detachment energy, electron affinity and photoelectron spectrum are calculated and simulated theoretically for all the ground-state structures. The magnetism calculations reveal that the total magnetic moment of Au₄M cluster is mainly localised on the M atom and vary from 0 to 5 μ_B by substituting an Au atom in Au₅ cluster with different transition-metal atoms.     

H_2在Al_nCr(n=1-7)团簇上吸附和解离的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了H2在AlnCr(n=1-7)团簇上的吸附和解离.结果表明:AlnCr团簇结构与Aln+1团簇结构相似;物理吸附是H2以侧向的形式吸附在Cr原子上,H-H键长略微增长,H2的振动频率发生了红移;除了n=5外,其它AlnCr H2团簇的最稳定结构均是AlnCr团簇的最稳定结构与两个氢原子成键而成;AlnCr团簇向H原子转移了电荷;AlnCr H2团簇的平均结合能,垂直电离势和能隙均大于AlnCr团簇的,即AlnCr H2团簇比AlnCr团簇更稳定;Al7Cr对H2的化学吸附表现出较强的惰性,而AlnCr H2(n=1,2,6)则表现出较强的化学活性;由化学反应路径跟踪可知,通过改变AlnCr团簇中Al原子的个数可以调节H2的物理化学吸附行为.     

H2在AlnCr(n=1-7)团簇上吸附和解离的密度泛函研究

采用用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了H2在AlnCr(n=1-7)团簇上的吸附和解离。结果表明：AlnCr团簇结构与Aln+1团簇结构相似;物理吸附是H2是以侧向的形式吸附在Cr原子上,H-H键长略微增长,H2的振动频率发生了红移;除了n=5外,其它AlnCrH2团簇的最稳定结构均是AlnCr团簇的最稳定结构与两个氢原子成键而成;AlnCr团簇向H原子转移了电荷;AlnCrH2团簇的平均结合能,垂直电离势和能隙均大于AlnCr团簇的,即AlnCrH2团簇比AlnCr团簇更稳定;Al7Cr对H2的化学吸附表现出较强的惰性,而AlnCrH2(n=1,2,6)则表现出较强的化学活性;由化学反应路径跟踪可知,通过改变AlnCr团簇中Al原子的个数可以调节H2的物理化学吸附行为。     

AlnMgm (n+m=6,7;m=1,2)团簇的稳定性与电子结构

用遗传算法结合经验势对AlnMgm(n+m=6,7; m=1,2)的低能结构进行全局搜索,用从头计算方法研究了其稳定性和电子结构。计算表明AlnMgm存在多个能量相近的异构体,在AlMg团簇中Mg-Mg相互作用远弱于Al-Al作用,稳定结构中Mg原子倾向于形成更多的Mg-Al键。NBO电荷分析表明Mg向Al转移电子,Al原子上的电荷大小强烈依赖于相连的Mg原子个数。电子结构分析表明随着原子数目的增大,占据轨道能级略有降低,同尺寸下掺杂一个Mg时能级更低;AlMg团簇的能隙约为5.30 eV。     

Al_nMg_m(n+m=6,7;m=1,2)团簇的稳定性与电子结构

用遗传算法结合经验势对AlnMgm(n+m=6,7;m=1,2)的低能结构进行全局搜索,用从头计算方法研究了其稳定性和电子结构.计算表明AlnMgm存在多个能量相近的异构体,在Al Mg团簇中Mg-Mg相互作用远弱于Al-Al作用,稳定结构中Mg原子倾向于形成更多的Mg-Al键.自然键轨道(NBO)电荷分析表明Mg向Al转移电子,Al原子上的电荷大小强烈依赖于相连的Mg原子个数.电子结构分析表明随着原子数目的增大,占据轨道能级略有降低,同尺寸下掺杂一个Mg时能级更低;Al Mg团簇的能隙约为5.30 e V.     

Aun（n=2—9）团簇的几何结构和电子特性

采用密度泛函DFT中的 B3LYP 方法，选择LANL2DZ基组，对Aun（n＝2—9）小团簇的各种可能结构进行优化，得到了它们的基态平衡结构并计算出其原子化能.研究表明：随着团簇尺寸的增大，单个原子的平均原子化能逐渐增大.同时分析了团簇的能级分布、最高占据轨道与最低空轨道之间形成的能级间隙.计算出了电子亲和能和电离势，计算值与实验值非常接近.最后分析了费米能级、电子亲和能和电离势形成“奇－偶”振荡效应的原因. 关键词： Au团簇 平衡几何结构 能隙 电子性质     

Density functional study on structural and electronic properties of bimetallic gold--yttrium clusters: comparison with pure gold and yttrium clusters

Employing first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Augold--yttrium bimetallic cluster, density functional theory, HOMO--LUMO gap, equilibrium structureProject supported by the Education Committee of Chongqing (Grant No KJ051105) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No 10276028).3640, 3640B, 3120A, 3130J9/1/2007 12:00:00 AMEmploying first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Augold--yttrium bimetallic cluster, density functional theory, HOMO--LUMO gap, equilibrium structureProject supported by the Education Committee of Chongqing (Grant No KJ051105) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No 10276028).3640, 3640B, 3120A, 3130J9/1/2007 12:00:00 AMEmploying first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Au$_{n - 1}$Y($n \le $9) bimetallic clusters are shorter than those in the corresponding pure gold and yttrium clusters. The most stable isomers of the yttrium-doped gold clusters tend to equally delocalize valence s, p and d electrons of the constituent atoms over the entire structure. The Y atom has maximum number of neighbouring Au atom, which tends to be energetically favourable in the lowest-energy equilibrium structures, because the Au--Y bond is stronger than the Au-Au bond. The three-dimensional isomers of Au$_{n - 1}$Y structures are found in an early appearance starting at $n$=5 (Au$_{4}$Y). Calculated vertical ionization potential and electron affinities as a function of the cluster size show odd-even oscillatory behaviour, and resemble pure gold clusters. However, one of the most striking feature of pure yttrium clusters is the absence of odd-even alternation, in agreement with mass spectrometric observations. The HOMO--LUMO gap of Au$_{3}$Y is the biggest in all the doped Au$_{n - 1}$Y($n \le $9) bimetallic clusters.     

NiMgn(n=1—12)团簇的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似 (GGA),在考虑自旋多重度的情况下,对NiMg_n(n=1—12)团簇进行了构型优化,频率分析和电子性质计算.结果表明：n=1,2时,体系的基态为自旋三重态,n≥3时,为单重态;Ni原子掺杂使主团簇结构发生了明显变化. n≤8时,三角双锥,四角双锥结构主导着NiMg_n基态团簇的生长行为; n在9—12之间时,主团簇Mg_n+1(n=1—12)的基于三棱柱构型的基态演化行为发生了一定程度的改变;n≥6时,Ni原子陷入了主团簇内部;掺杂使体系的平均结合能增大,能隙减小;n=4,6,10是团簇的幻数;不同尺寸团簇的s, p, d轨道杂化中,Ni原子3d, 4p成分所起作用不同; NiMg₆基态结构具有很高的对称性(O_h),很好的稳定性和化学活性,能隙仅为0.25eV. 关键词： n团簇')" href="#">NiMg_n团簇 几何结构 稳定性 化学活性     

Rh_nAl(n=1～6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了Rh_nAl(n=1～6)团簇的结构和磁性.结果表明:Rh(_n-1)Al和Rh_n(n=2～7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得Rh_nAl团簇更加稳定.几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小.Rh原子得电子就越多.团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分.Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小.     

Ta4Cn^-/0(n=0-4)团簇的电子结构、成键性质及稳定性

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱技术,结合密度泛函理论,对Ta4Cn^-/0(n=0-4)团簇电子结构、成键性质以及稳定性进行了研究.实验测得Ta4Cn-(n=0—4)团簇负离子基态结构的垂直脱附能分别为(1.16±0.08),(1.35±0.08),(1.51±0.08),(1.30±0.08)和(1.86±0.08)eV.中性Ta4Cn(n=0—4)团簇的电子亲和能分别为(1.10±0.08),(1.31±0.08),(1.44±0.08),(1.21±0.08)和(1.80±0.08)eV.研究发现Ta4^-/0团簇为四面体结构,Ta4C1-/0团簇中碳原子覆盖在Ta4四面体的一个面上方,Ta4C2^-/0团簇则是两个碳原子分别覆盖在Ta4四面体中的两个面上方.Ta4C3^-/0团簇是一个缺角立方体结构.Ta4C4^-/0团簇则是近似立方体结构,可以看成是α-TaC面心立方晶体的最小晶胞单元.分子轨道分析结果显示Ta4C3团簇的单电子最高占据轨道主要布居在单个钽原子周围,导致Ta4C3^-团簇的垂直脱附能明显低于其相邻团簇.理论研究显示随着碳原子数目的增加,Ta4Cn^-/0(n=0—4)团簇中的钽-钽金属键逐渐被钽-碳共价键取代,单原子结合能逐渐增加且明显高于Ta4+n^-/0(n=0-4)团簇.中性Ta4C4的单原子结合能高达7.13 eV,这说明钽-碳共价键的形成有利于提高材料的熔点,这与碳化钽作为高温陶瓷材料的特性密切相关.     

RhnAl(n=1-6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了RhnAl(n=1~6)团簇的结构和磁性。结果表明：Rhn-1Al和Rhn (n=2~7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得RhnAl团簇更加稳定。几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小,Rh原子得电子就越多。团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分。Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小。     

Theoretical study on the composition dependence of Ga8−nAsn (n=0-8) clusters

Using full-potential linear-muffin-tin-orbital molecular-dynamics (FP-LMTO-MD) method, we have investigated the dependence of GaAs clusters with eight atoms on composition. It is found that the ground state structures for Ga-rich and As-rich clusters are cube structures. As the ratio between gallium atoms and arsenic atoms is close to one, structural distortion become increasingly severe, or even the clusters adopt other geometrical configurations as their ground state structures. The energy gap E_g between the highest-occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest-unoccupied molecular orbital (LUMO), and the vertical electron affinity show a certain degree of even/odd alternation with cluster composition. Among nine Ga_8−nAs_n (n=0-8) clusters, only a few of clusters have different energy orders between the ionic and neutral isomers with large binding energy. Some ionic structures would change into other configurations due to severe structural distortion.     

Agn-1Si（n=5-10）团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Agn-1Si团簇（n = 5-10）的几何结构和物理性质。首先得到体系最低能量结构,其中Ag5Si 和 Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低。通过分析相应结构的能隙,平均结合能,二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性,使团簇更加紧凑。在团簇尺寸n = 5-10的范围里,拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点。通过分析Agn-1Si团簇 (n = 5-10)的差分电荷发现,电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间, Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用,是团簇稳定性增强的重要原因。