棱柱型封装Cd的硅纳米管的密度泛函理论研究

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了四棱柱、五棱柱、六棱柱和七棱柱型封装Cd硅纳米管的几何结构和电荷布局、能级和电偶极矩。计算结果表明,四棱柱、六棱柱和七棱柱型Cd硅纳米管的最低能结构都是自旋单重态,四棱柱和五棱柱型Cd硅纳米管畸变比较严重,已经失去管状结构,由于四棱柱型Cd硅纳米管的原子平均结合能最大,它是这四种棱柱型Cd硅纳米管中热力学稳定性最强的。这四种棱柱型Cd硅纳米管的电荷都是由Cd原子转向Si原子的,Cd失去电子,是电荷的施体;Si原子得到电荷,是电荷的受体,且Cd原子与硅原子之间以共价键结合。五棱柱Cd硅纳米管HOMO-LUMO Gap最大,说明它的化学活性最强,而四棱柱型Cd硅纳米管的HOMO-LUMO能隙最小,说明它的化学稳定性最强,不易和其他物质发生化学反应。四棱柱型Cd硅纳米管的总电偶极距为零,说明它的正、负电荷中心重合,该结构是非极性的。五棱柱、六棱柱和七棱柱型Cd硅纳米管是极性的,且五棱柱Cd硅纳米管的极性最强。     

无限长封装过渡金属Cd的棱柱型硅纳米管的理论研究

运用密度泛函理论的UB3LYP/LanL2DZ方法研究了无限长封装过渡金属Cd的棱柱型硅纳米管,并讨论了它们的总能量、原子平均结合能、Mulliken原子净布局、HOMO-LUMO能隙以及电偶极距.计算结果表明无限长封装Cd的四棱柱型硅纳米管基本保持管状结构,而相应的五棱柱型则发生严重畸变.它们的最低能结构都是自旋单重态.无限长封装Cd的五棱柱型硅纳米管中所有Cd原子的Mulliken原子净布局都为正,说明电荷是从Cd原子向Si原子转移,Cd原子是电荷的施体.而有趣的是相应的四棱柱型硅纳米管里两端的Cd原子的Mulliken原子净布局为正,即Cd原子是电荷的施体,但是中间的Cd原子的的Mulliken原子净布局却为负,即电荷由Si原子向Cd原子转移,Cd原子是电荷授体,Si原子是电荷的授体,出现了电子反转.计算的HOMO-LUMO能隙说明无限长封装Cd硅纳米管中五棱柱HOMO-LUMO能隙小于四棱柱型的HOMO-LUMO能隙,说明无限长五棱柱型Cd-Si纳米管的化学活性大于相应的四棱柱型Cd-Si纳米管,且它们的HOMO-LUMO能隙均小于1.5 eV,说明它们具有半导体特性.计算的电偶极矩结果显示,无限长封装Cd的硅纳米管中,五棱柱型的硅纳米管的电偶极距为2.084 Debye,而四棱柱型的电偶极距却为零,说明无限长封装Cd的硅纳米管中四棱柱型的是非极性的,而五棱柱型的则是极性的.     

无限长封装过渡金属Cd的棱柱型硅纳米管的理论研究

运用密度泛函理论的UB3LYP/LanL2DZ方法研究了无限长封装过渡金属Cd的棱柱型硅纳米管,并讨论了它们的总能量、原子平均结合能、Mulliken原子净布局、HOMO-LUMO能隙以及电偶极距。计算结果表明无限长封装Cd的四棱柱型硅纳米管基本保持管状结构,而相应的五棱柱型则发生严重畸变。它们的最低能结构都是自旋单重态。无限长封装Cd的五棱柱型硅纳米管中所有Cd原子的Mulliken原子净布局都为正,说明电荷是从Cd原子向Si原子转移,Cd原子是电荷的施体。而有趣的是相应的四棱柱型硅纳米管里两端的Cd原子的Mulliken原子净布局为正,即Cd原子是电荷的施体,但是中间的Cd原子的的Mulliken原子净布局却为负,即电荷由Si原子向Cd原子转移,Cd原子是电荷授体,Si原子是电荷的授体,出现了电子反转。计算的HOMO- LUMO能隙说明无限长封装Cd硅纳米管中五棱柱HOMO-LUMO能隙小于四棱柱型的HOMO-LUMO能隙,说明无限长五棱柱型Cd-Si纳米管的化学活性大于相应的四棱柱型Cd-Si纳米管,且它们的HOMO-LUMO能隙均小于1.5eV,说明它们具有半导体特性。计算的电偶极矩结果显示,无限长封装Cd的硅纳米管中,五棱柱型的硅纳米管的电偶极距为2.084 Debye,而四棱柱型的电偶极距却为零,说明无限长封装Cd的硅纳米管中四棱柱型的是非极性的,而五棱柱型的则是极性的。     

RuSi_n(n=1～6)团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平研究了Ru Sin(n=1~6)团簇体系的稳定结构及电子性质.结果发现:Ru Sin(n=1~6)团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,Ru Si6团簇是Ru Sin(n=1~6)团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,Ru Sin(n=2,4~6)团簇的最低能结构出现电荷反转现象.HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且Ru Si的化学活性是Ru Sin(n=1~6)团簇最强的.通过对团簇磁矩的研究发现,Ru Si和Ru Si3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且Ru Sin(n=1~6)团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.     

金属性硅同素异形体的第一性原理研究

从理论上提出了一种新型金属性硅的同素异形体hP12-Si。hP12-Si结构可以看作是由六元环形成的一种隧道型结构,与之前报道的Si24结构近似。弹性常数和声子谱的计算结果验证了该结构在常压下的稳定性。通过结构遗传性和热力学稳定性分析表明,可以效仿Si24的制备方法,通过预先合成出高压前驱物LiSi12再除去其中的Li原子来获得hP12-Si。在这种结构中,有一半的硅原子为5配位,其他硅原子为4配位。电子结构计算表明,该结构具有金属导电性,导电性主要是由于5配位原子的存在导致价电子具有离域性。     

过渡金属原子钴掺杂硅团簇CoSi6-9的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论对CoSin(n=6-9)中性团簇的几何结构演化和电子结构性质进行研究,结果表明Co掺杂硅团簇的最小笼状尺寸是n=9,其中Co原子被扭曲状的Si9棱柱包拢。CoSi8团簇由于存在多个能量相近的异构体,导致团簇的吸附活性降低。自然电荷布局分析表明对于笼状的Co@Si9团簇,其电荷主要分布在外围的硅笼,内部的Co原子通过spd杂化与外部硅笼成键,这保持了笼状团簇的稳定。     

过渡金属原子钴掺杂硅团簇CoSi6-9的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论对CoSin(n=6-9)中性团簇的几何结构演化和电子结构性质进行研究,结果表明Co掺杂硅团簇的最小笼状尺寸是n=9,其中Co原子被扭曲状的Si9棱柱包拢。CoSi8团簇由于存在多个能量相近的异构体,导致团簇的吸附活性降低。自然电荷布局分析表明对于笼状的Co@Si9团簇,其电荷主要分布在外围的硅笼,内部的Co原子通过spd杂化与外部硅笼成键,这保持了笼状团簇的稳定。     

C@Al_(12)团簇吸附H的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论的方法研究了C@Al12Hn(1≤n≤7)团簇的结构和稳定性.n为偶数的C@Al12Hn具有更高的稳定性,大的HOMO-LUMO能隙、H原子的结合能以及高的垂直电离势表明这些团簇具有很高的物理和化学稳定性.最高占据分子轨道电荷密度分析显示,偶数n的C@Al12Hn团簇中,一对H原子倾向于占据相反的位置.变形电荷密度分析表明H原子与主体C@Al12之间的结合表现为共价键的特征.对奇数n的C@Al12Hn都具有1μB的磁矩.     

金基纳米管AunSi12 (n=25-60)的奇异结构与电磁特性预测

应用相对论效应的密度泛函理论,系统研究了一系列稳定的中空类管状Au_nSi₁₂(n=25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60)团簇. Au_nSi₁₂可以通过在不同长度的单壁Au纳米管(5, 5)的两端戴帽由二十面体Au₂₀Si₁₂平分的两个相同半球构建而成.计算结果显示,Si原子的掺杂使得Au_nSi₁₂的结构变得更加紧密且加强了相应的类管状Au团簇的稳定性.最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的能隙值在0.041 eV至0.138 eV区间,表明Au_nSi₁₂具有较高的化学活性.电子结构分析显示,Si原子和Au原子之间的p-d轨道杂化在形成和维持Au_nSi₁₂的类管状结构方面发挥了重要作用.Hirshfeld电荷分析显示,电荷从Au原子转移到Si原子上,Au_n...     

3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂.通过比较形成能发现,核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性,其中核心位置掺杂结构的稳定性最高.掺杂体系均呈现金属性,随着掺杂浓度的增加,电导通道数增加.Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性,具有磁矩.Bader电荷分析表明,电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子.与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比,体系中Co原子的磁矩有所降低,这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s,3d,4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.