密度泛函理论研究Nin,Ni±n(n=1~5)团簇的结构和电子性质简

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了中性及带电Ni小团簇的基态几何结构和电子结构特性.对中性Nin(n=1~5)团簇,除去一个电子对基态几何结构所引起的变化相比增加一个电子所引起的影响要更加明显.n=4时,Ni+4,Ni4以及Ni-4较之相邻个体具有较大的能隙,但在所讨论的尺寸范围内,没有找到幻数结构.随着原子数的递增,Ni+n,Nin,Nin(n=1~5)团簇体系的磁矩总体呈上升趋势,值得关注的是:添加一个电子能够显著增强中性体系的磁性.讨论了与实验结论符合较好的绝热电子亲和能(AEAs)以及绝热离化势(AIPs).     

Nin(0,±)(n=1-9)团簇的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下, 采用广义梯度近似泛函BPW91研究了Nin(0,±)(n=1-9)团簇的几何结构, 电子性质和稳定性. 结果表明, Nin+和Nin—团簇的稳定结构都保持了中性Nin团簇的框架, 只是结构的稳定性顺序发生了变化. 此外, 稳定性的分析表明Nin团簇失去一个电子可以大大增强团簇的稳定性, 得到一个电子不能增强团簇的稳定性. 能量二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为, 但在n=7时均有较大的值, 说明相对应的团簇具有较高的稳定性, 也说明得到或失去一个电子不能改变n=7的幻数特性.     

中性及其带电Cun(n=2-12)团簇体系的第一性原理计算研究

结合半经验原子间势及遗传算法,采用密度泛函理论,系统计算研究了Cun(n=2-12)及Cun±(n=2-12)的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明：对中性团簇在n=3-6时基态为平面结构,而对于带电体系n=3-5时基态为低维结构,其中平面结构都以三角形为基本单元;对含更多原子的立体结构,基态主要以五角双锥为基本结构单元,传统的高对称性结构在小铜团簇基态中不占优势;计算所得Cun(n=2-12)中性体系结合能与实验结果完全一致,而结合带电体系计算所得团簇电离能与亲和势也与实验相符合;团簇电子结构的相关曲线（电离能、亲和势、二阶差分能）均呈现明显的奇偶振荡现象,这与含偶数电子Cu团簇的相对高稳定性密切相关。     

中性及其带电Cun(n=2-12)团簇体系的第一性原理计算研究

结合半经验原子间势及遗传算法，采用密度泛函理论，系统计算研究了Cun(n=2-12)及Cun±(n=2-12)的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明：对中性团簇在n=3-6时基态为平面结构，而对于带电体系n=3-5时基态为低维结构，其中平面结构都以三角形为基本单元；对含更多原子的立体结构，基态主要以五角双锥为基本结构单元，传统的高对称性结构在小铜团簇基态中不占优势；计算所得Cun(n=2-12)中性体系结合能与实验结果完全一致，而结合带电体系计算所得团簇电离能与亲和势也与实验相符合；团簇电子结构的相关曲线（电离能、亲和势、二阶差分能）均呈现明显的奇偶振荡现象，这与含偶数电子Cu团簇的相对高稳定性密切相关。     

Fen、Nin(n=2～100)团簇基态结构与能量的模拟淬火算法研究

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟退火及淬火方法、分别求解了Fen及Nin(n=2～100)团簇的最低能几何结构及能量. 结果表明：在所研究尺寸范围内除少数团簇的结构不同外,两类团簇具有相似的基态几何结构,在两类团簇结构演化中皆存在类Ih、类Oh、类D5h和Ih&D5h互嵌套类构型之间的竞争;分析团簇二阶差分能和剩余能表明两类团簇共同的幻数序列为：n=13、19、23、38及55,不同处为Ni26及Fe75 也分别为相应体系幻数团簇．对两类团簇分析其平均最近邻原子间距及平均配位数均可给出幻数成因．在所研究团簇尺寸范围内二者平均结合能均表现出随团簇尺寸增大而总体增大的普遍趋势,但Ni团簇的能量演化明显快于Fe团簇,这与实验观测镍团簇磁性演化明显快于铁团簇是完全一致的．     

Fen、Nin(n=2～100)团簇基态结构与能量的模拟淬火算法研究

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟退火及淬火方法、分别求解了Fen及Nin(n=2～100)团簇的最低能几何结构及能量. 结果表明：在所研究尺寸范围内除少数团簇的结构不同外，两类团簇具有相似的基态几何结构，在两类团簇结构演化中皆存在类Ih、类Oh、类D5h和Ih&D5h互嵌套类构型之间的竞争；分析团簇二阶差分能和剩余能表明两类团簇共同的幻数序列为：n=13、19、23、38及55，不同处为Ni26及Fe75 也分别为相应体系幻数团簇．对两类团簇分析其平均最近邻原子间距及平均配位数均可给出幻数成因．在所研究团簇尺寸范围内二者平均结合能均表现出随团簇尺寸增大而总体增大的普遍趋势，但Ni团簇的能量演化明显快于Fe团簇，这与实验观测镍团簇磁性演化明显快于铁团簇是完全一致的．     

Ni_n~(0,±)(n=1-9)团簇的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下,采用广义梯度近似泛函BPW91研究了Ni_n~(0,±)(n=1-9)团簇的几何结构,电子性质和稳定性.结果表明,Nin+和Nin-团簇的稳定结构都保持了中性Nin团簇的框架,只是结构的稳定性顺序发生了变化.此外,稳定性的分析表明Nin团簇失去一个电子可以大大增强团簇的稳定性,得到一个电子不能增强团簇的稳定性.能量二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为,但在n=7时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性,也说明得到或失去一个电子不能改变n=7的幻数特性.     

Nin(n=2～20)团簇的结构

使用经验势和遗传算法(Genetic Algorithm),得到了Nin(n=2～20)团簇的平衡结构和束缚能.对于小的团簇(Ni2～Ni6),所得到的结果与基于第一性原理密度泛函的计算相一致.结果表明,团簇的结构不同于块体且随尺度发生引人注日的变化.每原子平均束缚能Eb随尺度单调增长.根据过渡金属团簇表面原子配位数与电离势(IP)的一个解析表达式计算所得的电离势与实验结果基本一致.由基态能量对分裂途径(Fragmentation Channels)的分析表明,失去二聚体(Dimer)在能量上是优先的.同时将计算所得的结构与Nin团簇吸收N2的实验所推得的结构进行了比较.     

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.     

Fe-Ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对不同组分的FenNim(N=n+m, N=13,38)混合团簇的基态结构和性质进行了模拟研究。结果显示：总原子数为13的混合团簇基态几何构型是基于单质团簇的基态二十面体结构,并且随着Fe原子数的增加表现出Fe原子首先占据中心位置的规律性;对总原子数为38的混合团簇,在轻混合（类掺杂）情形（ ）下基态几何构型为类似于纯单质团簇基态的截角八面体结构,而在重混合（n=16-33）时基态几何结构表现为不同于单质团簇的类截角二十面体构型;分析二级差分能表明Fe1Ni12、Fe7Ni31及Fe14Ni24具有相对高的稳定性,我们提出了基于有效键数的简化模型以解释此幻数结构序列     

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NiMgn(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NiMgn基态团簇的生长行为;n在9-12之间时,主团簇Mgn 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介能增大,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(Oh),很好的稳定性和化学活性,能隙仪为0.25 eV.     

WnSi20,±（n=1-5）团簇结构与光谱的理论研究

利用密度泛函理论（DFT）在B3LYP/Lanl2dz水平上对WnSi20,±（n=1-5）团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,预测了各团簇的基态结构。并对基态构型的平均结合能、能隙、红外光谱及拉曼光谱进行了系统的理论分析。结果表明：WnSi20,±（n=2-5）团簇的基态结构及亚稳态结构中的Si-Si原子不成键,W5Si20,±团簇的基态构型与W7团簇的基态构型相似,W3Si2＋团簇的基态构型与W50,±团簇的基态构型相似;W5Si2－团簇是比较理想的复合材料;WnSi20,±（n=1-5）团簇的所有IR吸收峰都属于红外光谱中的指纹区的特征吸收区域;除W4Si2－团簇外,其它团簇都具有非刚性特性。     

WnSi20,±（n=1-5）团簇结构与光谱的理论研究

利用密度泛函理论（DFT）在B3LYP/Lanl2dz水平上对WnSi20,±（n=1-5）团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,预测了各团簇的基态结构。并对基态构型的平均结合能、能隙、红外光谱及拉曼光谱进行了系统的理论分析。结果表明：WnSi20,±（n=2-5）团簇的基态结构及亚稳态结构中的Si-Si原子不成键,W5Si20,±团簇的基态构型与W7团簇的基态构型相似,W3Si2＋团簇的基态构型与W50,±团簇的基态构型相似;W5Si2－团簇是比较理想的复合材料;WnSi20,±（n=1-5）团簇的所有IR吸收峰都属于红外光谱中的指纹区的特征吸收区域;除W4Si2－团簇外,其它团簇都具有非刚性特性。     

Cu±13团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势,本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu13±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu13团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu13n(n=0,士1)团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu13-找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu13±团簇与中性Cu13团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu13n (n=0,±1)团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu13团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

Cu13±团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势.本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu₁₃^±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu₁₃团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu₁₃ⁿ（n=0,±1）团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu₁₃找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu₁₃^±团簇与中性Cu₁₃团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu₁₃ⁿ（n=0,±1）团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu₁₃团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

基于密度泛函理论的Pd_nZr(n=2～8)团簇的结构和性质研究

利用密度泛函理论中的B3LYP/LanL2DZ方法对Pd_nZr（n=2～8）团簇的几何结构、稳定性、电子性质进行了研究.在优化出的结构的基础上,讨论了Pd_nZr（n=2～8）团簇的生长模式,计算了团簇基态的平均结合能,离解能,二阶能量差分以及最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙.研究表明,较大尺度的Pd_nZr（n=2～8）团簇的基态是通过在Pd_n-1Zr的基础上增加一个Pd原子并与其中的Zr原子相连而形成的;在纯钯团簇中掺杂锆原子后可以提高团簇的稳定性,多数情况下可以降低团簇的化学反应活性;Pd_nZr（n=2～8）基态团簇中的电荷转移总是从Zr原子到其他Pd原子.     

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。     

硼化铝团簇Al-B_n(n=2～9)的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT),对中性硼化铝团簇AlBn(n=2～9)的几何结构、稳定性以及红外振动光谱进行了理论研究,讨论了他们的不同点及AlB4、AlB5、AlB6和AlB7的基态构型和相对稳定性.对于中性AlBn(n=2～9)基态构型,对比讨论了其失去[AlBn+(n=2～9)]和得到[AlBn-(n=2～9)]一个电子后化学键强度的变化、掺入铝原子的影响以及团簇几何结构的演化.计算结果表明:虽然掺入Al之后,团簇的稳定性差异变小,但是硼团簇和硼化铝团簇都趋向于形成平面、准平面结构以获得更大的稳定性;硼团簇的构型对硼化铝团簇的结构和稳定性起着决定性的作用;AlB3、AlB5和AlB8更稳定;红外光谱的振动模式倾向于B原子和对称性优先的趋势.     

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.     

第一性原理对GanPm小团簇的结构及稳定性的研究

利用密度泛函理论(DFT)对GanP和GanP2 (n=1-7)团簇的几何结构、电子态及稳定性进行了研究. 在B3LYP/6-31G*水平上进行了结构优化和频率分析,得到了GanP和GanP2(n=1-7) 团簇的基态结构. 结果表明,n≤5团簇的几何结构基本上为平面结构,n＞5的团簇均为立体结构;在GanP2 (n=1-6)团簇中,P-P比Ga-P容易成键;在GanP和GanP2 (n=1-7) 团簇中,Ga3P, Ga4P, GaP2, Ga2P2 和 Ga4P2的基态结构最稳定,在所研究的团簇中,稳定性随团簇总原子数的增大而减小.