CuSi_n与CuSi_n~-(n=4～10)团簇电子结构和光学性质的理论研究（英文）

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G(d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和CuSi_n阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明:(1)中性CuSi_n团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性CuSi_n团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP 方法,选择LANL2DZ基组, 对(TiZr)n(n=1～7)团簇的各种可能结构进行优化, 得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析。结果表明: (TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1 和(TiZr)3 团簇具有相对较高的动力学稳定性。     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP 方法,选择LANL2DZ基组, 对(TiZr)n(n=1～7)团簇的各种可能结构进行优化, 得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析。结果表明: (TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1 和(TiZr)3 团簇具有相对较高的动力学稳定性。     

掺Be硼团簇BeB_n~(0/–)(n=10—15)的基态结构和性质

基于密度泛函理论结合粒子群优化算法程序CALYPSO研究了掺Be硼团簇BeB_n~(0/–)(n=10—15)的基态几何结构;然后采用密度泛函理论分析了最低能量结构的电子结构、极化率、红外光谱、紫外可见光谱特性.研究结果表明:BeB_(10)~(0/–),BeB_(11)~-,BeB_(12)~(0/-),BeB_(14)~-具有平面或准平面结构;BeB_(11),BeB_(13),BeB_(13)~-,BeB_(14)分别具有半三明治结构、圆锥结构、笼型结构、压扁的管状结构;BeB_(15)~(0/-)呈现手性对称结构.自然布居分析(NPA)表明掺杂Be原子将电子转移给硼原子.团簇的平均结合能分析可得,阴离子比相应中性团簇的稳定性强;另外,随着n的增加,中性和阴离子团簇的稳定性增强.准平面结构BeB_(10),BeB_(11)~-,BeB_(12)团簇的适应性自然密度划分(AdNDP)分析表明,s键促进了整个分子的稳定性,多中心π键进一步稳定了整个分子;另外,这三个团簇满足6个π电子Hückel规则(4m+2),具有芳香性.极化率分析可得,平面或准平面结构的每个原子的平均极化率大于其它结构,说明平面或准平面结构的电子离域效应较大;BeB_(13)~-,BeB_(14)~-具有较大的第一超极化率,说明具有较强的非线性光学响应.红外光谱分析表明这些团簇具有不同的特征峰,可用于鉴别这些结构;闭壳层结构团簇的紫外可见光谱在可见光波段都有吸收峰,开壳层结构团簇的紫外可见光谱在红外光波段都有吸收峰.     

相对论密度泛函研究YSin± (n=1-6)离子团簇

运用广义梯度近似的相对论密度泛函方法对带电荷的YSin±(n=1-6)团簇的几何结构、稳定性、电子和成键特性进行了系统的研究. 与相应的中性YSin团簇相比,除了YSi4+和YSi5+之外,YSin±团簇基本都保持了YSin中性团簇的结构框架,这与对垂直和绝热电离能的分析结果本质上是一致的;同时,大多数离子团簇的稳定性都有明显增强,其中YSin±(n=2和5)团簇比其相邻团簇的稳定性更强. 电荷布局分析表明电荷将对Y与Sin框架之间的电荷转椅量有明显影响. HOMO-LUMO能隙研究表明：带电的YSin团簇比其中性团簇的化学稳定性更强.     

中性及其带电Cu_n(n=12-16)团簇体系的几何和电子结构的密度泛函理论研究

结合半经验Gupta原子间相互作用势及遗传算法,采用密度泛函方法系统计算研究了中性及带电Cu_n、Cu_n~±(n=12-16)团簇的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明:带电明显影响团簇结构稳定性,除Cu_(12)~-及Cu_(15)~+基态结构与相应中性团簇(Cu_(12)及Cu_(15)一致外,其它带电团簇基态结构与相应中性团簇均不相同;带电对团簇近基态同分异构现象也产生影响,全部带正电Cu_n~+(n=12-16)团簇均出现近基态同分异构体,而对中性及带负电团簇同分异构现象并不明显;计算所得Cu_n(n=12-16)团簇的电子离化能、电子亲和势及能隙的变化趋势均与实验结果相一致.     

Ga2Asn离子团簇结构及其光电子能谱研究

利用密度泛函理论中B3LYP方法,在6-311G(d)基组上对Ga2Asn(n=1-5)阴阳离子团簇的几何结构和光电子能谱进行了系统研究.结果得到了各团簇的最稳定结构,在(Ga:Asn(n=1-5)阴阳离子团簇中,稳定性随着总原子数的增大而呈奇偶变化规律,对于(GaAsn-团簇,总原子数为奇数的团簇比原子数为偶数的团簇稳定;对于GazAsn团簇,总原子数为偶数的团簇比原子数为奇数的团簇稳定.团簇的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级之间的能隙差随As原子数的增大而呈现奇偶交替变化规律,当As原子数为偶数时,中性团簇及其阴阳离子团簇的基本相同,当As原子数为奇数时,它们差异较大.     

富镓GanAs团簇稳定性及缺陷特性的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对富镓中性Gan As(n=1~9)团簇的稳定性及缺陷特性进行了研究.结果表明,随着总原子数的增大,各基态团簇结合能的二阶差分值和团簇能隙差均呈奇偶交替变化规律,总原子数为奇数的团簇比总原子数为偶数的团簇稳定;部分团簇的能隙差小于砷化镓材料的禁带宽度,为砷化镓材料缺陷的研究提供了帮助,其中GaAs团簇缺陷中的VAs VGa缺陷导致能带中的Γ点处的带隙宽度减小,其最低施主缺陷能级位于导带底以下0.39eV,该值接近于EL6缺陷能级的实验值;团簇各基态结构的振动频率均在THz频段,从而为砷化镓材料的THz波辐射和缺陷的THz波检测提供了依据.     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP方法,选择LANL2DZ基组,对(TiZr)x(n=1～7)团簇的各种可能构型进行了优化,得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明:(TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1和(TiZr)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究

使用密度泛函B3LYP方法,在6-31G*和6-311+G**基组水平上计算中性和阳离子丁酮团簇(CH_3COC_2H_5)_n和(CH_3COC_2H_5)_n~+(n 7)的稳定结构,并比较不同尺寸团簇之间的相对稳定性.中性和阳离子丁酮团簇的结构具有相似性:n=3—7时,组成团簇的丁酮的平均几何参数基本相同,单环结构最稳定;随着团簇尺寸的增加,双环结构的稳定性逐渐上升.通过平均结合能、一阶差分能、HOMO-LUMO能隙等计算分析可知:在所研究的各种尺寸团簇中,(CH_3COC_2H_5)_3是最稳定的中性团簇,与实验中的最强峰对应;(CH_3COC_2H_5)_4~+是最稳定的阳离子团簇.通过电离能计算得到丁酮分子的垂直电离能为9.535 eV与实验值相符,同时证明中性和阳离子丁酮二元团簇的结构变化较大.研究结果为实验中丁酮团簇碎片离子的形成机理提供一定的理论依据,并且为进一步研究酮类分子团簇的生长规律提供有价值的信息.     

离子团簇YSin±(n=7-16)的几何结构和电子性质的相对论密度泛函研究

运用广义梯度近似的相对论密度泛函理论方法对YSi_n^±(n=7-16)离子团簇的几何结构、稳定性和电子特性进行了系统地数值模拟研究.与中性YSi_n团簇比较可得到以下结论：除YSi₁₀⁺和YSi₁₃⁺阳离子团簇外,YSi_n^±团簇基本都保持了中性YSi_n团簇的结构框架,这与垂直和绝热电离能的结果本质上是一致的;大多数离子团簇的原子平均束缚能都相对中性团簇有明显增大,表明离子团簇的结构稳定性都有增强,其中阳离子团簇YSi_n+(n=8, 11和14)和阴离子团簇YSi_n^-(n=9,12和14)比其相邻团簇的稳定性更强.电荷布居分析表明所有团簇中Y原子的HC电荷都在n=15处由正值变为负值,即当Y原子从Si_n框架表面位点落入硅笼中形成内嵌结构团簇时,电荷转移方向发生反转.阴离子团簇中电荷转移量普...     

Structural and electronic properties of neutral clusters Ga12X (X=C, Si, Ge, Sn, and Pb) and their anions from first principles

The structural and electronic properties of neutral and negatively charged Ga₁₂X (X=C, Si, Ge, Sn, and Pb) clusters are calculated by the first-principles method. The results show that the most stable symmetry depends on the doped atom rather than the geometry structure. However, the geometry symmetry plays an important role in calculating the energy gap. In addition, in the anionic clusters, the added electron would reduce the energy gap by about 0.4 eV. As for the density of states (DOS), clusters with the same symmetry show a similar trend of DOS. The major impact on DOS by adding an electron is the occurrence of relative energy shift.     

AlB+n(n=2~10) 团簇结构和红外振动光谱研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n（n=2~10）团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n（n=2~10）团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇（n=6和10除外）结构变化较大|对AlB+n（n=2~10）和相应中性团簇能隙的计算分析表明,AlB+n 团簇的稳定性有所增强,其中AlB+3、AlB+5和AlB+8团簇尤为显著|通过对最稳定构型红外振动光谱的研究分析表明,硼原子间对称或非对称振动、铝原子不动的振动模式更容易出现较强谱峰,即硼原子间更容易成键.     

A Comparative Study on the Electronic Structure and Stability of Ti8C12 and V8C12

The electronic structure and stability of dodecahedral Ti₈C₁₂ and V₈C₁₂ clusters are studied and compared with each other by using the discrete-variational local-density functional method. The results show that there exists a nearly-rigid-band-shift rela tion between the electronic structures for the two clusters and that the corresponding bands for them have similar bonding character. Therefore, both clusters can be stable for similar reasons. The results also indicate that there exist two types of charge transfers for both clusters, in which the electrons are found to accumulate to the Ti3d (V3d) and C2p orbitals so that the p-d bonding between the C and Ti (V) atoms is strengthened. Based on the above results, the influence of the charge on the electronic structure and stability of both dusters is examined. FinaUy, the ground-state electronic configurations are obtained for both clusters in the neutral, cationic and anionic charge states. The ground states for the cationic Ti₈C₁₂ and VeCn clusters are found to be nondegenerate. The dodecahedral structures for these two clusters are thus remarkably stable. The rest clusters, i.e., neutral and anionic Ti₈C₁₂ and V₈C₁₂ clusters, have degenerate ground state, and therefore, their structures are expected to undergo Jahn-TeUer distortion further.     

The electronic structure and the band gap of nano-sized Si particles: competition between quantum confinement and surface reconstruction

The electronic structure and especially the band gap of Si_n clusters (n=3–45 atoms) is studied by photoelectron spectroscopy. Contrary to expectations of quantum confinement, almost all clusters studied here have a band gap smaller than that of crystalline Si or even display a continuous (metallic) density of states. We attribute this to covalent bond formation analogous to the reconstructions observed on single-crystal surfaces. Additionally, for Si₃₀ and Si₃₃ a gap size of 0.6 eV (0.4 eV) is observed, supporting the prediction of stable, spherically symmetric structures of these particular clusters. Received: 18 November 1999 / Accepted: 24 November 1999 / Published online: 5 April 2000     

铝氢化物(AlHn)(n=1-6)团簇结构与光谱的研究

采用密度泛函(DFT)中的B3P86方法,在Dunning的相关一致基组cc-PVTZ水平上,对铝氢化物(AlHn)(n=1-6)团簇的可能几何构型进行优化计算,得出最稳定构型的几何参数、电子结构、振动频率和光谱等性质参数,并给出了最稳定结构的总能量(ET)、结合能(EBT)、平均结合能(Eav)、电离势(EIP)、能隙(Eg)、费米能级(EF)和氢原子差分吸附能(Ediff)等．结果表明铝氢化物团簇基态稳定结构的电子态分别为：n为奇数为单重态 和 ,n为偶数为双重态 和 ;由于Al原子属于缺电子原子,能与等电子原子H化合,通过氢桥键形成氢化物,本文优化计算发现,铝氢化物团簇最稳定的构型都存在氢桥键,且n为奇数的氢化物的氢桥键作用比相邻偶数的氢化物强．最后计算了铝氢化物团簇最稳定结构的红外光谱、平均结合能、电离势、能隙和费米能级等动力学电子特性,分析得出(AlHn)(n=1-6)团簇中AlH3的电离势和能隙最大,说明该氢化物最稳定,氢原子差分吸附能最大．     

铝氢化物(AlHn)(n=1-6)团簇结构与光谱的研究

采用密度泛函(DFT)中的B3P86方法，在Dunning的相关一致基组cc-PVTZ水平上，对铝氢化物(AlHn)(n=1-6)团簇的可能几何构型进行优化计算，得出最稳定构型的几何参数、电子结构、振动频率和光谱等性质参数，并给出了最稳定结构的总能量(ET)、结合能(EBT)、平均结合能(Eav)、电离势(EIP)、能隙(Eg)、费米能级(EF)和氢原子差分吸附能(Ediff)等．结果表明铝氢化物团簇基态稳定结构的电子态分别为：n为奇数为单重态 和 ，n为偶数为双重态 和 ；由于Al原子属于缺电子原子，能与等电子原子H化合，通过氢桥键形成氢化物，本文优化计算发现，铝氢化物团簇最稳定的构型都存在氢桥键，且n为奇数的氢化物的氢桥键作用比相邻偶数的氢化物强．最后计算了铝氢化物团簇最稳定结构的红外光谱、平均结合能、电离势、能隙和费米能级等动力学电子特性，分析得出(AlHn)(n=1-6)团簇中AlH3的电离势和能隙最大，说明该氢化物最稳定，氢原子差分吸附能最大．     

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.     

Density functional investigations for geometric and electronic properties of In4M and In12M （M = C,Si, In） clusters

First-principle calculations are performed to study geometric and electronic properties of both neutral and anionic In4M and In12M （M = C, Si, In） clusters. In4C and In4Si are found to be tetrahedral molecules. The icosahedral structure is found to be unfavourable for In12M. The most stable structure for In12C is a distorted buckled biplanar structure while for In12Si it is of an In-cage with the Si located in the centre. Charge effect on the structure of In12M is discussed. In4C has a significantly large binding energy and an energy gap between the highest-occupied molecularorbital level and the lowest unoccupied molecular-orbital level, a low electron affinity, and a high ionization potential, which are the characters of a magic cluster, enriching the family of doped-group-IIIA metal clusters for cluster-assembled materials.     

利用密度泛函理论对MgBen(n=2-12)团簇的结构及其电子性质

利用密度泛函理论对MgBen(n=2-12)团簇的结构和电子性质进行了研究. 较高的能隙和结合能都表明，3和9是团簇的幻数；随着团簇尺寸的增加，Be原子间的相互作用由范德瓦尔斯到共价键以及金属键过渡. 与Be主团簇相比，MgBen(n=2-12)团簇较早地出现了金属性. 通过电子性质的分析发现，掺杂Mg原子降低了主团簇的稳定性.