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).     

Al_nCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对Al_nCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布居和极化率.研究结果表明:Al_nCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Al_n-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Al_n团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al_7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al_原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强.     

重金属小团簇Wn(n=2-7)磁性的第一原理计算

使用自旋极化的密度泛函理论下的第一原理方法,对重金属钨的小团簇Wn（n = 2-7）的结构特性和磁性进行了理论计算。结果表明：团簇的结合能随着团簇中原子数的增加而增大;虽然W的体材料不具有磁性,但是W的一些小团簇可以表现出磁性,如W3、W4和W7,其磁矩均为2μB;通过能级图我们分析了Wn 团簇磁矩的变化情况。此外,还分析了Wn团簇的磁矩,结合能,能量的一阶和二阶差分随原子数n的变化,讨论了最稳定团簇W4的电子结构和电荷密度。     

AlnCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对AlnCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布局和极化率。研究结果表明：AlnCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Aln-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Aln团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强。     

苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31+G(d, p)基组水平上对苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;在B3LYP/6-311++G(d, p)基组水平上计算得到了各团簇构型的总能量和结合能,结果显示,在团簇尺寸较小(n≤5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为平面的环状结构,团簇尺寸较大(n5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为三维立体结构.通过对团簇结合能的二阶差分、最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙、费米能级和电离能的分析发现,团簇C_6H_5OH(H_2O)_2的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构.     

密度泛函理论研究Be_nNa(n=2~14)团簇的结构及其电子性质(英文)

基于密度泛函理论研究了BenNa(n=2~14)团簇的最低能量结构及其电子性质,具体采用的计算方法是B3LYP/6-311G(d).对于每一尺寸的团簇,我们从多个可能构型出发来寻找其最低能量结构.计算结果表明:钠原子易于附着在铍团簇的表面;Be4Na和Be9Na均具有较高的平均结合能及能隙,n=4,9是团簇的幻数;在所有的BenNa(n=2~14)团簇中,钠原子均失去电子;随着团簇尺寸n的增大,团簇内部原子间的相互作用是共价键和金属键共存.     

密度泛函理论计算掺杂团簇Be_nLi(n=1~12)的基态结构和稳定性

采用密度泛函理论的B3LYP方法,获得了BenLi(n=1~12)掺杂团簇的基态结构.同时计算相应的平均结合能、离解能、能量二阶有限差分和能隙.结合最高分子占据轨道的电子密度分析了掺杂团簇的成键特性,并与单一组元的BeN(N=2~13)团簇进行对比.结果表明n=4和9是团簇的幻数;随着尺寸n的增加,BenLi团簇中Be-Li间的相互作用由类共价键过渡到类离子键.     

Co_2B_n(n=1-8)团簇几何结构的密度泛函理论研究

受到小型环状和管状的双金属掺杂硼团簇的启发,采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d)水平下对Co_2B_n(n=1-8)团簇的几何结构、相关稳定性、电子性质和磁性进行了的研究.研究结果表明:当n≤5时,团簇的最低能量结构为平面结构.当6≤n≤8时,团簇的最低能量结构为立体结构.对团簇的平均原子结合能、二阶差分能量、HOMO-LUMO能隙、垂直电子亲和能、垂直电离能和化学硬度分析结果表明,Co2B_7具有幻数特征.对Co_2B_n(n=1-8)团簇的总磁矩计算表明其和团簇的自旋态有很强的关系,而且团簇的总磁矩主要由钴原子的3d轨道所贡献.     

InC_n~-(n=1-10)团簇结构和磁性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在LANL2DZ水平下系统研究了碳基混合团簇InC_n~-(n=1-10)的结构、稳定性和磁性.同时,分析了基态结构的电子态、最低振动频率、总能量、自旋污染期望值、偶极距、转动常数等.计算结果表明:团簇的最稳定构型是In原子位于一端的直线型或准直线型结构;n为偶数的团簇的基态是单态,n为奇数的团簇的基态是三重态.通过对增量结合能和能量二阶差分的计算得出:随着团簇尺寸的增加,团簇的稳定性表现出强烈的奇弱偶强振荡规律;电子亲和势EAad的计算结果进一步证实了这种振荡规律的正确性.通过对系列团簇基态的磁性分析得到的结论是:团簇的磁矩随团族尺寸的增加呈现出明显的奇强偶弱的振荡特性.     

氨团簇(NH_3)_n(n=2～8)结构的密度泛函理论研究

本文应用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G(d)和6-31 G(d)基组水平上对氨团簇氢键体系进行了研究,计算得到了氨团簇(NH3)n(n=2～8)的各种稳定构型及对应的能量和团簇束缚能.分析发现,在各类尺寸中以单环结构最为稳定,而相同尺寸的异构体之间团簇束缚能越大越稳定.最后利用二阶差分理论讨论了不同尺寸氨团簇中最稳定结构的生长规律,结果表明n=5,7时的结构最为稳定,具有明显的幻数特征,n=6,8时的团簇结构最不稳定,而在n=2～5之间,随着n的增大团簇的稳定性也在逐步增强.     

AunLa(n=1~8)团簇的密度泛函研究简

采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了Aun La(n=1~8)团簇的几何结构.计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质.结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合.团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好.     

AunLa(n=1-8)团簇的密度泛函研究

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了AunLa (n=1-8)团簇的几何结构。计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质。结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合。团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好。     

InnAsn (n=1-20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了InnAsn (n=1-20)团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱. 结果表明,当n=5-11时团簇的基态构型为层状结构; 当n=12-20时团簇的基态构型为笼状结构. 团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In9As9、In12As12和In18As18为幻数团簇. 另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明InnAsn (n=1-20)团簇具有宽带隙半导体特征.     

In_nAs_n(n=1～20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了In_nAs_n（n=1～20）团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱.结果表明,当n=5～11时团簇的基态构型为层状结构;当n=12～20时团簇的基态构型为笼状结构.团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In₉ As₉、In₁₂ As₁₂和In₁₈ As₉18)为幻数团簇.另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明In_nAs_n（n=1～20）团簇具有宽带隙半导体特征.     

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。     

吸附分子间通过底物的作用能的密度泛函理论计算

尝试用密度泛函理论B3LYP方法,计算研究了Ag(111)面上烷烃硫醇自组织单分子层中分子间通过底物的作用能(间接作用能)的大小,揭示了它与单体吸附能绝对值的正比关系,阐明了其物理本质．DFT的计算结果与以前提出的间接作用能的半经验表达式定性一致．     

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.     

小尺寸金属钨团簇的密度泛函研究

在相对论原子实势(RECP)近似下,采用密度泛函理论B3LYP方法对Wn(n=2~7)团簇进行优化,得出稳定的平衡几何结构。并计算了垂直电离能,最高占据轨道(HOMO)与最低非占据轨道(LOMO)之间的能隙。得出小尺寸金属钨团簇失去电子的能力随原子个数的增加而增大,W3的稳定性最好的结论。     

PdnPbm(n+m≤5)混合团簇的结构与光谱性质

在相对论有效原子实势(RECP)近似下，用密度泛函中的B3LYP/LANL2DZ方法，对纯Pb_n(n=2—5)团簇、Pd_nPb_m(n+m≤5)混合团簇的各种可能几何构型进行全优化计算，得到它们的基态结构和光谱性质；从结构和振动光谱两个方面分析了其形成规律；最后计算了团簇的能级分布和最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级间隙(HLG)，分析了团簇的化学活性. 关键词： 团簇 有效原子实势 密度泛函     

Appearance of metallic features in small tungsten clusters

The structures and properties of W_n (n=2--14) clusters were studied by using the density functional theory (DFT) at LSDA level. The most stable structures of W_n (n=2--14) clusters with global minimum were determined. The average binding energy (E_b), the first and second difference of total energy (\itδ E, \itδ₂E), the vertical detachment energy (VDE), and the HOMO-LUMO gap versus the size were also discussed. The abrupt decrease of VDE and HOMO-LUMO gap at size n=8 and 10 implied that tungsten clusters of W₈ and W₁₀ appeared to have metallic features. These changes were also accompanied by the delocalization of electron charge density and the strong hybridization between 5d and 6s orbits in W₈ and W_10 clusters. Our results are in good agreement with the available experimental data.