碳分子线基态特性理论研究

从第一原理出发，利用密度泛函理论B3LYP系统研究了碳分子线Cn（n=3～10）的电子结构特性．对优化结果分析发现，由于离域效应的作用，当n为奇数时，分子线基态为单重态，反之，当n为偶数时，三重态为其稳定的基态．对其电子结构分析可得，随着n的增加，体系能量逐渐降低；同时本文确定了分子线体系最高占据轨道HOMO能量E^H、最低未占据轨道LUMO能量E^L与n的关系式，即En-2^H〈En^H〈En＋2^H，En-2^L〉En^L〉En＋2^L，因而碳分子线的费米能级会表现出特有的奇偶性．该工作将有利于准确认识分子器件的伏安特性，设计出良好性能的分子器件。     

外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

本文以6-311++g(d,p)为基组, 采用密度泛函理论的B3P86方法优化得到了ZnO分子的基态稳定构型, 并计算了不同外电场(-0.05–0.05a.u.)下ZnO基态分子的稳定电子结构, 研究外电场对ZnO基态分子键长、总能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响. 结果表明: 外加电场的大小和方向对分子结构和电子特性均有明显影响. 随着正向外加电场的增加, ZnO基态分子的平衡键长先减小后增加, 而分子总能量、振动频率和红外光谱的强度均先增加后减小. 分子的最高占据轨道能量E_H、最低未占据轨道能量E_L和能隙E_g始终处于减小趋势, 因而占据轨道的电子更容易被激发至空轨道. 这一结果可为ZnO分子的电致发光机理研究提供一定的理论参考. 关键词： ZnO 外电场 结构参数 激发     

Li_nC团簇的结构稳定性与振动光谱

基于光学材料中锂元素的含量对物质稳定性及光学性质的影响,利用Gaussian 03程序包,采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-31G(d)水平上对光学材料LinC(n=1~9)团簇进行了结构稳定性及振动光谱的研究.结果表明:当n3时团簇的结构为三维立体结构,碳原子被俘获在锂原子笼内.除了Li2C外,其它团簇的体系基态都处于低电子态,当n为偶数时为单重态,n为奇数时为双重态.在团簇稳定性上,明显的奇偶振荡效应出现在能量的二阶差分和最高占据轨道与最低空轨道的能隙中.对于LinC,n为偶数的团簇比相邻的奇数团簇更稳定.碎片能量分析表明最有可能的团簇生长路径是在Lin-1C团簇上结合一个锂原子成为LinC团簇.LinC团簇的光谱落在指纹区域.随着锂原子数的增加,振动频率减小.当锂原子数为偶数时,基态结构的频率差是最小的,当锂原子数为奇数时,基态结构的频率差却是最大的.     

Au-Si_(60)-Au分子结电子输运性质的理论计算

运用密度泛函理论对Si60团簇的结构进行几何优化,得到基态结构是一个直径为1.131 nm,平均键长为0.239 nm,分子最低未占据轨道与最高占据轨道能量差即能隙值为0.72 eV,具有C1点群的空心笼状结构.然后把它与两半无限的Au(100)-4×4电极相连构成Au-Si60-Au三明治结构分子结点,运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法对其电子输运性质进行了第一性原理计算.当两电极的距离为1.74 nm时,分子结点的平衡电导为1.93G0(G0=2e2/h),然后在-2.0—2.0 V的电压范围内,计算了不同电压下的电导与电流,得到其I-V曲线成近线性关系,从分子前线轨道与透射谱分析了Si60分子的电子输运特性,讨论了电荷转移量与电导之间的关系.     

外场作用下蒽分子的激发特性研究

蒽(anthracene)具有良好的热稳定性以及较高的荧光量子产率的优点, 是最早用于研究有机发光器件(organic light-emitting device, OLED)的材料之一. 在本文中, 主要利用量子化学方法研究了不同外电场对蒽分子激发特性的影响规律. 首先采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在6-311G(d, p)基组水平上对蒽分子基态结构进行优化, 基于稳定基态结构, 利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)以及同一基组水平, 计算出蒽分子的前十个激发态的激发能、跃迁偶极矩、振子强度和紫外吸收光谱等数据. 然后以密度泛函B3P86方法优化出的不同外电场下蒽分子基态结构为基础, 使用TDDFT方法研究了不同外电场对蒽分子前线轨道能级和激发特性的影响规律. 结果显示, 无场时蒽分子在紫外区域234.50 nm处有一个较强的吸收峰, 对应基态电子跃迁至第5激发态吸收光子波长; 在外电场作用下, 蒽分子电子由基态跃迁到激发态的各项光谱参数均有显著变化, 加场后蒽分子的吸收光谱发生了红移, 由紫外波段移向了紫外–可见光波段, 与实验值相符合. 分子前线轨道的计算结果也表明蒽分子的最高占据轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能量差值在不同电场下存在差异. 关键词： 蒽 外电场 激发特性     

Ga_(2n)(n=1～4)团簇自旋极化机理的密度泛函理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下对Ga_(2n)(n=1～4)团簇进行了几何结构优化和结合能计算,并对其电子结构及成键特性进行了分析.结果表明,Ga_2,Ga_4团簇的基态都是自旋极化态,Ga_6团簇的能量局域极小的八面体结构也具有自旋极化;这些团簇的最外层分子轨道的空间分布是对称的,最外层分子轨道之间的能量相差很小,最外层分子轨道的近简并引起了自旋极化;对称性较高的团簇容易形成近简并的最外层分子轨道.     

GemCn(m+n=7)团簇的密度泛函研究

在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）的方法研究GemCn(m+n=7)团簇的基态几何结构,系统计算它们的基态束缚能Be (au)、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMU）之间的能隙、二阶能量差分△2E(au)以及团簇的总能量.研究表明,随掺杂C原子数的增加,GemCn（m+n=7）团簇的结构由三维空间转变为平面,再转变为线性结构;随着掺杂C原子数的增加,GemCn（m+n=7）团簇平均结合能逐渐增强,稳定性增加;GemCn（m+n=7）团簇的二阶差分能和能隙在Ge5C2和Ge2C5处出现峰值,说明这两种团簇较其它团簇具有较高的稳定性.     

理论研究B3Sin0\- (n=15-20)团簇的几何结构、稳定性和电子特性

基于B3LYP/6-311+G(d)下的密度泛函理论和卡里普索结构预测方法,系统研究了B3Sin0\- (n=15-20)团簇的几何结构、稳定性和电子特性。结构搜索发现,三个硼原子易构成三角结构并包裹在硅团簇笼子中。并通过对比实验和理论的光电子谱,进一步确定基态结构的合理性。此外,利用平均结合能、二阶差分能、最高占据轨道和最低未占据轨道能隙研究了体系的稳定性。最后,讨论了体系电荷的分布和转移、红外和拉曼谱等电子特性。     

金镉混合纳米团簇的结构布局和电子性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的Dmol~3模拟软件包对Au_nCd_n(1≤n≤6)团簇的几何结构进行优化,并对其能量和电子性质进行了分析.结果表明:n=1-2,团簇的最低能量结构是平面结构;n=3-6,结构为三维立体结构.随着团簇尺寸的增加,团簇的平均结合能呈上升趋势.最高占据轨道和最低未占据轨道之间的能隙,电子亲和势,和电离势呈现明显的奇偶变化,团簇的幻数为n=2,4,6.     

HC_(2n)O~+(n=3-6)正离子的红外光解离光谱以及理论计算研究（英文）

本文利用脉冲激光溅射-超声分子束载带离子源在气相中产生了HC_(2n)O~+(n=3～6)正离子.通过对贴附CO的络合物离子的红外光解离光谱实验获得了HC_(2n)O~+正离子在1600～3500 cm~(-1)范围内的红外光谱.通过比较实验光谱和理论模拟光谱确定了HC_(2n)O~+正离子具有端接氢和氧的直线型碳链衍生物结构,基态为三重态,单重态比三重基态能量高10～15 kcal/mol.成键分析表明HC_(2n)O~+中的碳链具有连烯的结构特征.     

(HgSe)_n(n=1～6)团簇结构和性质的密度泛函研究

本工作采用LANL2DZ赝势基组、B3LYP方法对(HgSe)n(n=1~6)团簇进行了结构优化、自然键原子轨道和频率计算,得到(HgSe)n(n=1~6)团簇基态的平衡几何结构、电子状态、垂直电离势、垂直电子亲和势、偶极矩、三个基本热力学函数等相关性质,并系统分析了该团簇的几何构型、原子净电荷布局、前沿分子轨道特征.结果表明:基态稳定结构(HgSe)2为平面四边形,(HgSe)n(n=3~6)为笼状结构,且稳定顺序为(HgSe)5(HgSe)4(HgSe)6(HgSe)2HgSe(HgSe)3,极性顺序为:(HgSe)4HgSe(HgSe)3(HgSe)5(HgSe)6(HgSe)2,(HgSe)6和(HgSe)2分子空间结构的对称性较好.(HgSe)n(n=1~6)团簇各体系都有较好的电子供体及受体等活性部位,随着n增大轨道离域现象明显,利于电子的转移,导电性增强.     

AlnCum (n=2-6, m=1-3)团簇的几何与电子结构

本文利用密度泛函理论研究了Al_nCu_m(n=2-6,m=1-3)团簇的几何结构、稳定性和电子结构.结合能、解离能以及最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙的分析表明8和20价电子的Al₂Cu₂和Al₆Cu₂团簇具有较强的稳定性.通过对团簇的分子轨道和能级结构进行分析,结果表明8和20价电子的Al₂Cu₂和Al₆Cu₂团簇的分子轨道与凝胶模型预测的一致,可构成闭合壳层,表现出特别的稳定性.Cu原子定域的3d轨道位于团簇的分子轨道之间,但并未影响团簇分子轨道的分布.     

苝四甲酸二酐薄膜电子结构的同步辐射共振光电子能谱研究

利用基于同步辐射的近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和共振光电子谱(RPES)研究了苝四甲酸二酐分子(PTCDA)薄膜的电子结构.碳K边NEXAFS谱中能量小于290 eV的四个峰对应于PTCDA分子不同化学环境碳原子1s电子到未占据分子轨道的共振跃迁.RPES谱中观察到共振光电子发射和共振俄歇电子发射导致的共振峰结构,以及二次谐波激发的碳1s信号.根据电子动能对入射光能量的依赖性分别对三类峰结构进行了归属.同时,发现PTCDA分子轨道共振光电子峰的强度具有光子能量依赖性.这种能量选择性共振增强效应是由于PTCDA分子轨道空间分布差异导致的.共振俄歇峰主要源于高结合能(4.1 eV)分子轨道能级电子参与的退激发过程.明确RPES实验谱图中各个峰结构的起源有助于准确利用基于RPES的芯能级空穴时钟谱技术定量估算有机分子/电极异质界面处电子从分子未占据轨道到电极导带的超快转移时间.     

Rhn,Ptn(n=2～20)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Rhn, Ptn(n=2～20)团簇的最低能量结构.当n≤13时,两种团簇具有相似的几何结构,都从密堆积结构向二十面体结构演化;当n＞13时,铑团簇的基态结构倾向于有序结构,而铂团簇的基态结构则倾向于无序结构.Rhn, Ptn(n=2～20)团簇中每个原子的平均束缚能和配位数随团簇尺寸的增加而增大.能量的二阶差分给出Rhn, Ptn(n=2～20)团簇的幻数是4,6,13,15.     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系,运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明,掺碳的BNNT体系电子结构变化显著;外电场愈强,体系态密度向低能端移动幅度愈大,且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度,HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明,各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

外电场作用下SiO电子结构特性研究

在得到SiO分子基态稳定构型的基础上，选用B3P86/6-311++g(d，p)方法优化得到了不同外电场(-0.03—0.03a.u.)下SiO分子基态的稳定电子结构，研究了外电场对SiO分子基态键长、能量、电荷分布、能级分布，能隙及红外光谱的影响规律.结果表明，分子结构与电场呈现强烈的依赖关系，且对电场的方向依赖呈现出不对称性.同时在正向外电场逐渐增大的过程中，SiO分子能隙始终处于减小趋势，占据轨道的电子易于激发至空轨道，因而为研究材料的电致发光机理奠定了一定的理论基础.     

YnN(n=2-12)团簇的结构与性质研究

在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）的方法研究YnN（n=2-12）团簇的电子结构,系统计算了它们的基态束缚能Be（eV）、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙、二阶能量差分 (au)、离解能 (au)、团簇的总磁矩Mt（ ）,最近邻N原子的Y原子所带的局域电荷QY（C）和磁矩MY（ ）、掺杂原子N所带的局域电荷QN（C）和磁矩MN（ ）。研究表明,Y6N、Y8N、Y10N的基态具有较高稳定性;对于YnN（n=2-12）的所有团簇,电荷总是由Y原子转移到N原子,YnN（n=2-12）团簇中Y—N表现为离子键的性质;当n=3,4,5,9,10,11,12时,团簇的磁矩为零,团簇的磁性消失,当n=2,6,7,8时,团簇具有磁性,其中n=6时,团簇的磁性最强。     

Ge_mC_n(m+n=7)团簇的密度泛函研究

在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）的方法研究Ge_mC_n（m+n=7）团簇的基态几何结构,系统计算它们的基态束缚能B_e（au）、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙、二阶能量差分△₂E（au）以及团簇的总能量.研究表明,随掺杂C原子数的增加,Ge_mC_n（m+n=7）团簇的结构由三维空间转变为平面,再转变为线性结构;随着掺杂C原子数的增加,Ge_mC_n（m+n=7）团簇平均结合能逐渐增强,稳定性增加;Ge_mC_n（m+n=7）团簇的二阶差分能和能隙在Ge₅C₂和Ge₂C₅处出现峰值,说明这两种团簇较其它团簇具有较高的稳定性.     

B_nY(n=1—11)团簇的结构和电子性质

利用密度泛函理论TPSSh方法对B采用6-311+G(d),对Y采用Lanl2dz相对论有效势基组,研究了BnY(n=1—11)团簇的平均结合能、二阶能量差分、最高分子占据轨道和最低空轨道之间的能级间隙、极化率和第一静态超极化率等物理化学性质.结果表明,随着尺寸的增大,BnY(n=1—11)团簇的最低能量结构从平面逐步演变为立体结构.随硼原子数n的增加,团簇的平均结合能表明了较好的热力学稳定性,有利于Y掺杂B团簇形成较大的块体材料.二阶能量差分表明基态B3Y,B5Y和B7Y团簇较相邻团簇稳定.能隙表明了基态B3Y,B5Y,B7Y和B9Y的化学稳定性较高.综合说明BnY(n=1—11)硼团簇中,基态B3Y,B5Y和B7Y具有较好的稳定性.极化率表明基态BnY团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,第一静态超极化率表明基态B5Y,B4Y,B3Y和B6Y平面结构的团簇具有明显的非线性光学性质,为寻找性能优异的非线性光学材料提供了一定的参考.     

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.