InCn（n =1-10）团簇的结构和稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在LANL2DZ水平上对团簇InC_n(n=1-10)的结构、稳定性和电子性质进行了优化和计算.最终得到了InC_n团簇体系的最稳定结构,同时计算出了各基态结构相应的电子态、包含零点能在内的总能量、偶极距、自旋污染期望值、转动常数和振动频率等.通过分析得出：铟原子位于碳链一端的直线型结构是相应团簇的最稳定构型;InC团簇除外,直线型系列团簇的基态都是二重态.通过计算和分析增量结合能以及能量二阶差分可以看出,随着团簇尺寸n的增加,InC_n团簇的稳定性呈现出明显的奇弱偶强振荡规律.通过碎片能的计算,找到了失去杂质原子的离解通道就是该系列团簇的形成通道.     

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.     

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.     

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.     

双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

密度泛函理论计算Ga_nZn(n=1～7)团簇的几何结构和稳定性

采用密度泛函理论(Density Functional Theory,简称:DFT)中的广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation,简称:GGA)中的B3LYP方法,选择LANL2DZ基组,对GanZn(n=1~7)小团簇的各种可能结构进行了优化,得到了每一种团簇的基态平衡结构.对每一种团簇中最稳定的团簇计算了平均键能、二阶差分能和分裂能,计算结果表明,Zn掺杂到Ga团簇中,稳定性出现奇偶交替的现象,当Ga原子为偶数时,团簇表现出较稳定的状态,当Ga原子为奇数时,团簇表现出不稳定的状态.与Gan纯团簇的比较发现Zn掺杂到Ga团簇时提高了其化学活性.     

密度泛函理论研究Scn,Yn和Lan(n=2—10)团簇的稳定性、电子性质和磁性

通过采用密度泛函理论对Sc2,Y2和La2基本性质的计算,选择在较优理论水平下系统地研究了Scn,Yn和Lan(n=2-10)团簇的几何结构、稳定性、电子性质和磁性及其随团簇尺寸的变化趋势.此同族三种团簇的稳定性由原子密堆集几何结构效应决定,幻数均表现出一致的结果.Lan团簇的能隙比Scn和Yn团簇的能隙大,计算获得了团簇的电离势和电子亲和势数据,Yn团簇的电离势与实验值相符,最小极化率规律可很好地表征团簇的稳定性.三种团簇均具有较大的磁矩,磁矩与团簇的自旋多重度、几何和电子结构密切相关,理论值与实验值符合较好,随着团簇尺寸的增加三种团簇的平均磁矩总体上都呈递减的趋势并有局部振荡的特征.     

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.     

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.     

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.     

First Principle Calculation on Aun Ag2 (n = 1 ～ 4) Clusters

The first-principles method based on density-functional theory is used to investigate the geometries of the lowest-lying isomers of Aun Ag2 (n = 1 ～ 4) clusters. Several low-lying isomers are determined, and many of them in electronic configurations with a high spin multiplicity. The stability trend of Ag-doped Aun clusters is compared to that of pure Aun clusters. Our results indicate that the inclusion of two Ag atoms in the clusters lowers the cluster stability, indicating higher stability as the structures grow in size. The bigger energy difference between the Aun and Aun Ag2 curves as the structures grows in size. This information will be useful to understanding the enhanced catalytic activity and selectivity gained by using silver-doped gold catalyst.     

AunPd(n=1～5)团簇的第一原理研究

用基于密度泛函理论的第一原理方法研究二元混合团簇AunPd(n=1~5)的稳定结构,得到团簇各种稳定结构的几何构形和对应的电子态,与纯Aun团簇比较研究了混合团簇AunPd(n=1~5)的稳定性.结果表明:AunPd(n=1~5)混合团簇具有多种稳定的异构体,部分异构体具有较高的自旋多重性.在Aun团簇中掺入Pd原子后,Au-Pd间的强相互作用改变了团簇的稳定结构,这种变化随团簇体积的增大而减小.     

Aun(n=2,3,4)团簇与乙醇分子相互作用的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了Au_n(n=2,3,4)团簇与乙醇分子的吸附机理.研究结果表明:Au_n(n=2,3,4)团簇分别能够吸附1到n个乙醇分子,生成Au_n-(C₂H₆O)_1-n配合物;Au₄团簇吸附乙醇分子有多种构型,通过分析吸附能和Mulliken电荷分布,确定了4个乙醇分子的吸附顺序及相应的稳定构型;Au_n(n=3,4)团簇在吸附最后一个乙醇分子时改变了前面Au—O成键的作用模式,而是选择Au—H成键;作为吸附主体的金团簇和被吸附的乙醇分子在吸附前后构型变化都很少,它们之间的吸附作用为弱相互作用. 关键词： 金团簇 乙醇分子 密度泛函理论     

First Principle Calculation on AunAg2 （n = 1 - 4） Clusters

The first-principles method based on density-functional theory is used to investigate the geometries of the lowest-lying isomers of AunAg2 （n = 1 - 4） clusters. Several low-lying isomers are determined, and many of them in electronic configurations with a high spin multiplicity. The stability trend of Ag-doped Aun dusters is compared to that of pure Aun clusters. Our results indicate that the inclusion of two Ag atoms in the clusters lowers the cluster stability, indicating higher stability as the structures grow in size. The bigger energy difference between the Aun and AunAg2 curves as the structures grows in size. This information will be useful to understanding the enhanced catalytic activity and selectivity gained by using silver-doped gold catalyst.     

团簇Aun+1-1、AunCr-1 (n=1-10)吸附CO的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对CO在阴离子团簇Aun+1-1、AunCr-1(n=1-10))表面的吸附做了系统研究.结果表明,团簇Aun+1CO-1、AunCrCO-1的基态结构是在团簇Aun+1-1、AunCr-1最低能量结构的基础上吸附CO形成; 吸附后的CO键长变长,振动频率减小,表明CO分子被活化;取值相同时,AunCrCO-1的平均结合能高,表明团簇Aun+1CO-1掺杂Cr后稳定性升高.HOMO-LOMO能隙结果表明Aun+1CO-1替代掺杂Cr原子后团簇的化学活性得到了提升,AunCrCO-1、Aun+1CO-1团簇能隙具有奇偶振荡的现象;轨道电荷分析表明CO与团簇相互作用实质是C原子与成键Au原子或Cr原子间转移电荷,CO在与团簇相互作用过程中O原子轨道电荷分布几乎没有发生变化.     

Aun（n=2—9）团簇的几何结构和电子特性

采用密度泛函DFT中的 B3LYP 方法，选择LANL2DZ基组，对Aun（n＝2—9）小团簇的各种可能结构进行优化，得到了它们的基态平衡结构并计算出其原子化能.研究表明：随着团簇尺寸的增大，单个原子的平均原子化能逐渐增大.同时分析了团簇的能级分布、最高占据轨道与最低空轨道之间形成的能级间隙.计算出了电子亲和能和电离势，计算值与实验值非常接近.最后分析了费米能级、电子亲和能和电离势形成“奇－偶”振荡效应的原因. 关键词： Au团簇 平衡几何结构 能隙 电子性质     

Density functional study of AunCu (n=1-7) clusters

The possible stable geometrical configurations and the relative stabilities of the lowest-lying isomers of copper-doped gold clusters,Au n Cu (n=1-7),are investigated using the density functional theory.Several low-lying isomers are determined.The results indicate that the ground-state Au n Cu clusters have planar structures for n=1-7.The stability trend of the Au n Cu clusters (n=1-7),shows that odd-numbered Au n Cu clusters are more stable than the neighbouring even-numbered ones,thereby indicating the Au 5 Cu clusters are magic cluster with high chemical stability.     

Structural and electronic properties of Bin (n = 2-14) clusters from density-functional calculations

The structural and electronic properties of Bi_n (n = 2-14) clusters have been systematically studied using gradient-corrected density-functional theory. For each cluster size, a number of structural isomers were constructed and optimized to search for the lowest-energy structure. The competition of several structural patterns such as cages, superclusters, and layered structures leads to the alternating appearance of these configurations as global minima. Although the tendency of Bi to form puckered-layer structures is already well-known, the electronic states of Bi_n clusters are still far from that of the bulk. As well, a remarkable even-odd atom number oscillation is observed in the structural and electronic properties of the clusters, implying that the stability of Bi_n clusters is mainly dominated by the electron shell effect rather than by geometrical packing. The theoretically calculated values for electron affinities agree well with available experimental data.     

Structures and Electronic Properties ofCuN (N≤ 13) Clusters

A systematic study on the structures and electronic properties of copper clusters has been performed using the density functional theory. In the calculation, there are many isomers near the ground state for small copper clusters. Our results show that the three-dimensional isomers of copper clusters start from Cu₇ cluster and then show a tendency to form more compact structures. The results of the formation energy and the second derivative of binding energy with cluster size show that besides N = 8, N=11is also a magic number. Furthermore, it is the first time to find that the ground state of 11-atom clusters is a biplanar structure as same as the 13-atom cluster. The clear odd-even alternation as cluster size for the formation energy indicates the stability of electronic close shell existed in the range studied.     

第一性原理比较研究MnPm(M=Al,Ga,In,2≤n+m≤3)团簇

利用密度泛函理论对MnPm (M=Al,Ga,and In,2≤n+m≤3)团簇的几何和电子结构性质及稳定性进行了研究.结果表明,三原子的MnPm团簇是二重态,而单体则是三重态.富P的MP2团簇是具有C2V对称性的等腰三角形结构,而富M的M2P团簇则是具有Cs对称性的三角形结构.在三原子磷化物团簇中,MP2团簇比M2P团簇稳定,而后者中M-P键的强度比前者强.对于这些小的磷化物团簇,电离势高于裂解能,表明裂解比电离占优势.Ga2P比Al2P和In2P的HOMO-LUMO能隙和电离势都高,归咎于在富金属的M2P团簇中,相对较强的Ga-P键.