Al_n(n=2～7)团簇的结构和能级分布

采用密度泛函B3LYP的方法研究了小原子团簇Al2～ 7的几何结构和能级分布 ,分析了随团簇原子数的增加 ,团簇的几何结构和费米能级的变化情况。研究结果表明 :Al2～ 7的团簇的几何结构在 5个原子以前为平面结构 ,而从六个原子开始为空间立体的稳定结构。电子壳层结构表明 ,在铝团簇中没有出现非常明显的象碱金属那样的稳定幻数结构。在Al2 ～Al7团簇中 ,能级结构呈现明显的分立特征 ,费米能级随着原子个数的增加而减小 ,到Al7时又有所增加 ,且团簇的能量间隙最小。     

Agn(n=2～10)团簇的几何结构和电子特性

应用密度泛函理论中B3LYP/LANL2DZ 方法优化计算并分析了Agn(n=2～10)团簇的基态几何结构及电子性质.同时计算和讨论了银团簇的原子化能、能级分布、能级间隙、电子亲和能和电离势,所得理论计算值与实验值符合较好.研究结果表明:银小团簇的结构不同于块体,且随团簇尺寸大小而相应变化,原子化能和电子亲和势随原子尺寸的增加而增加,团簇的费米能级、电子亲和势和电离势随团簇大小变化具有明显的奇偶振荡特性,并对此作了分析.团簇的电子性质和几何结构之间的密切关系及其随团簇尺寸大小变化的规律,可以从理论上确定团簇的最稳定结构,并可对实验观测结果做出解释.     

AlmNin (m+n=2–4)二元合金团簇结构和稳定性的密度泛函研究

在密度泛函理论的B3PW91水平上, 优化计算了AlmNin (m+n=2–4)团簇的几何结构、团簇基态的结合能、最高占据轨道与最低空轨道之间的能级间隙和可能的分离能. 结果表明, 随着团簇尺寸的增加, 能级间隙呈现奇偶振荡规律; Al2Ni2团簇具有最高的结合能, 易分离成Ni原子和Al2Ni团簇; 含Al的合金团簇最易先分离出一个Al原子, 而含Ni的合金团簇没有这种趋势.     

Al_mNi_n(m+n=2-4)二元合金团簇结构和稳定性的密度泛函研究

在密度泛函理论的B3PW91水平上,优化计算了Al_mNi_n(m+n=2-4)团簇的几何结构、团簇基态的结合能、最高占据轨道与最低空轨道之间的能级间隙和可能的分离能.结果表明,随着团簇尺寸的增加,能级间隙呈现奇偶振荡规律;Al_2Ni_2团簇具有最高的结合能,易分离成Ni原子和Al_2Ni团簇;含Al的合金团簇最易先分离出一个Al原子,而含Ni的合金团簇没有这种趋势.     

碳掺杂铝团簇AlnC(n=6、7)的电子结构与稳定性

利用从头计算方法优化了Al6C和Al7C的稳定结构,分析了掺入C原子对铝团簇的稳定性及电子结构的影响.计算表明Al6C存在多个能量相近的异构体.在铝团簇中掺入碳原子后C-Al之间形成很强的键,碳原子处在团簇中间并使团簇的稳定性有很大的增加.电子结构的分析表明铝团簇中掺入碳后C的2p和Al的3s轨道形成很好的重叠,并且Al的3p电子转移到C原子使C的2p轨道完全占据.无论是纯的或掺碳的铝团簇,最高的占据轨道均由Al的3p轨道组成,能级位置变化不大.     

MgnLa(n=2-6)掺杂团簇的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)中的B3LYP方法,选择CEP-31g基组,优化并得到了MgnLa(n=2- 6)小团簇的基态平衡结构,计算出了掺杂团簇的基态结构的平均键长、对称性、费米能级、能级间隙、束缚能、总能的二阶差分．结果表明,随着团簇原子数的增加,La原子更容易趋于团簇表面位置. 与未掺杂Mg团簇相比,La原子多采用取代其稳定基态结构的一个Mg原子形成掺杂团簇的稳定结构. 从有限的结果看,其中 Mg3La和 Mg6La的结构更为稳定．     

碳掺杂铝团簇AlnC（n=6、7）的电子结构与稳定性

摘要 利用从头计算方法优化了Al6C和Al7C的稳定结构,分析了掺入C原子对铝团簇的稳定性及电子结构的影响．计算表明Al6C存在多个能量相近的异构体．在铝团簇中掺入碳原子后C─Al之间形成很强的键,碳原子处在团簇中间并使团簇的稳定性有很大的增加．电子结构的分析表明铝团簇中掺入碳后C的2p和Al的3s轨道形成很好的重叠,并且Al的3p电子转移到C原子使C的2p轨道完全占据．无论是纯的或掺碳的铝团簇,最高的占据轨道均由Al的3p轨道组成,能级位置变化不大．     

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．     

Al_2Be_N(N=1-12)团簇最低能量结构的稳定性和电子特性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G水平上对Al2Ben(N=1～12)团簇的各种可能构型进行几何结构优化和频率分析,得到了团簇的最低能量结构.并对Al-Be最近邻键长,平均结合能,二阶能量差分,能隙和Al原子的电子位形进行了讨论.结果表明:Al原子掺杂对纯Be团簇结构影响不大:Al-Be最近邻键长和团簇的平均结合能随N的增加表现出了不同的变化趋势;Al原子的化合价出现了由一价到三价的变化;N=7是团簇的幻数.     

GanNm+(n=1～8,m=1～2)团簇的结构及稳定性的DFT研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法在6-31C*水平上对GanN (n=2～8)和GanN2 (n=1～7)阳离子团簇的几何结构、稳定性和振动频率等进行研究,得到GanN (n=2～8)和GanN2 (n=1～7)阳离子团簇的基态结构.其中,GanN (n=2～8)团簇在总原子数≤6时,其几何结构为平面结构,总原子数＞6时,其几何结构为立体结构,N原子位于立体结构的中心;GanN2 (n=2～7)团簇在总原子数≤7时,其基态几何结构为平面结构,总原子数＞7时,其基态几何结构为立体结构;原子总数为奇数的团簇Ga4N ,Ga6N ,Ga3N2 和Ga5N2 的基态结构较稳定.     

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。     

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.     

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.     

Structures, stabilities and ordering in Ni-Al nanoalloy clusters

A detailed study is made of the structures and relative stabilities of nickel and aluminium clusters and nickel-aluminium "nanoalloy" clusters, with up to 55 atoms, modelled by the many-body Gupta potential. Random search and genetic algorithms are used to find the lowest energy isomers (both geometrical and permutational). For the pure Al and Ni clusters, the lowest energy structures are identical for most nuclearities but different structures are found for clusters with 15-18 atoms -- the Al clusters having non-icosahedral structures. For these nuclearities, we investigate the effect of doping Al atoms into pure Ni clusters and vice versa, finding that the replacement of a single atom by a dopant atom is often sufficient to change the cluster geometry. The lowest energy isomers of nanoalloy clusters with the approximate composition "Ni₃Al" generally have structures based on icosahedral packing, though truncated octahedral (fcc packing) motifs are also observed. In agreement with previous studies, the atom ordering in the mixed Ni-Al clusters is found to depend on the maximization of the number of Ni-Al interactions, the minimization of the cluster surface energy, and atom size effects.Received: 17 January 2003, Published online: 17 July 2003PACS: 36.40.Mr Spectroscopy and geometrical structure of clusters - 61.46.+w Nanoscale materials: clusters, nanoparticles, nanotubes, and nanocrystals - 61.66.Dk AlloysM.S. Bailey: Present address: Department of Chemistry and Chemical Biology, Baker Laboratory, Cornell University, Ithaca, NY 14853-1301, USA.     

第一性原理对Al_mSi_n(m=1,2;n=1～6)团簇结构与性质的研究

本文运用第一性原理对Al_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的结构与性质进行了研究.在BLYP的水平上进行了结构优化和频率分析,得到了团簇的最低能量结构.同时计算和讨论了A1_msi_n团簇的束缚能、总能的二阶能量差分和分裂能以及费米能随原子数的变化.研究结果表明:Al_mSi_n团簇在m+n<4时的几何结构是平面结构,从4个原子开始转为空间的立体结构;除AlSi₃和Al₂Si₂团簇外,Al_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的束缚能随原子数增加而减小;分析A1_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的二阶能量差分和分裂能发现:在m+n=3,5时,团簇都出现较稳定的结构.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。