InSi_n(n=2-15)团簇结构、稳定性与电子性质的理论研究

使用卡里普索(CALYPSO)结构预测程序并结合密度泛函理论,在B3LYP/GENECP基组水平上,对InSi_n(n=2-15)团簇的几何结构进行优化与计算.结构优化表明:InSi_n团簇的最低能量构型趋于立体结构(n2),且形成In原子戴帽InSi_(n-1)团簇结构.稳定性分析发现InSi_(12)团簇为幻数结构,In原子的掺杂降低了Si_(n+1)团簇的稳定性.团簇中的电荷总是由In原子向Si原子转移.最后讨论了团簇的电子局域密度函数、红外与拉曼光谱.     

Ti_2B_n(n=1—10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,结合从头算的CCSD(T)方法对Ti2B n(n=1—10)团簇的稳定性和电子性质进行了研究.发现两个Ti原子的掺杂导致B n团簇结构发生了根本性变化.随着n的增大,Ti2B n团簇结构生长非常规律.所有的最稳定结构都可看成双锥结构,并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶.根据二阶差分能量分析,得出Ti2B n(n=1—10)团簇的幻数是6,7和8.进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B原子解离能以及团簇的电子亲和势和电离势.这些能量分析表明Ti2B6团簇既有良好的热力学稳定性,又有良好的动力学稳定性.应用前线轨道理论,对Ti原子与B6之间的成键进行了分析,了解其稳定性的根源.     

Pt_nAl(n=1—8)小团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,在BPW91/LANL2DZ水平下详细研究了Pt n Al(n=1—8)团簇的几何结构、稳定性和电子性质.同时,分析了团簇的结构演化规律、平均结合能、二阶能量差分、能隙、磁性、Mulliken电荷和电极化率.结果表明:除Pt2Al外,所有Pt n Al(n=1—8)团簇的基态几何结构都可以用Al原子替换Pt n+1基态构型中的Pt原子得到,且Al原子位于较高的配位点上.二阶能量差分、能隙的分析结果表明,PtAl和Pt4Al团簇相对其他团簇具有较高的稳定性.Mulliken电荷分析表明,Al原子所带的电荷转移到Pt原子上,Al原子是电荷的捐赠者.磁性的分析说明,单个Al原子的加入对Pt n团簇的平均每原子磁矩随尺寸的变化趋势没有影响,但总体上降低了Pt n团簇的平均磁矩.极化率的研究表明,富Pt团簇的非线形光学效应强,容易被外场极化.     

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。     

GaSi_n(n=1-6)团簇结构和稳定性的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-311+G(d)水平下研究了GaSi_n(n=1-6)团簇的几何构型、电子性质、稳定性和振动特性.研究结果表明:GaSi_n(n=1-6)团簇基态结构基本保持了纯硅团簇的结构框架,Ga原子往往被吸附在Sin团簇的表面上.布局分析显示电子由Ga原子向Sin框架转移.平均束缚能和分裂能表明GaSi_3和GaSi_5团簇相对其他团簇具有较强的稳定性.振动特性研究表明:GaSi_n(n=1-6)团簇的IR活性最强振动模式主要是Ga原子与Sin结构之间的相对振动.极化率的研究表明,随着Si原子数的增多,GaSi_n团簇的非线形光学效应逐渐增强,更容易被外场极化.     

第一性原理计算ZrnFe(n=2-13)团簇的基态结构及其磁性

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中的广义梯度近似对ZrnFe(n=2-3)团簇进行了结构优化、能量和频率计算.在充分考虑自旋多重度的前提下,对每一具体尺寸的团簇,得到了多个平衡构型,并根据能量高低确定了团簇的基态结构.综合团簇的结合能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙可知Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,Zr12Fe团簇的结构是具有Ih对称性的正二十面体,而且Zr12Fe的稳定性在所有团簇中是最高的.另外,不仅Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,而且它们均为磁性团簇(而Zrn团簇的磁矩在n≥5时已经发生了淬灭),由此可知通过选择合适的掺杂元素可能得到高稳定的磁性团簇.从Mulliken布居分析结果可知,除了在Zr12Fe团簇中Fe原子失去少量电荷外,其他团簇中Fe原子均从Zr原子那里得到了一定量电荷,即Fe原子在ZrnFe(n=2-3,n≠12)团簇中是电子受体.     

基于密度泛函理论的PdnZr（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PdnZr (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PdnZr (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PdnZr (n = 2–8)团簇的基态是通过在Pdn-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;PdnZr(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。     

PdSi_n(n=1-15)团簇结构、稳定性与电子性质的密度泛函研究

使用卡里普索(CALYPSO)预测团簇可能结构,运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP,对PdSi_n(n=1-15)团簇的几何结构与电子性质进行了计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分以及电子自然布局和极化率.研究结果表明:PdSi_n(n=1-15)团簇的基态构型由平面结构向立体结构演化,最终形成笼形结构;在Sin中掺杂Pd原子增强了团簇的稳定性;PdSi_4与PdSi_(12)团簇是幻数结构,PdSi_4的稳定性和密堆性最好;NCP和NEC分析表明,在PdSi_n基态团簇中,电荷从Si原子向Pd原子转移,在Pd原子内部发生了spd杂化;Si-Si键之间较强的相互作用力是PdSi_4和PdSi_(12)团簇基态结构更加稳定的原因;PdSi_n团簇中原子间的相互作用伴随n值的增大而不断增强.     

Co@Aun(n=1-8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Aun(n=1-8)团簇的平衡结构、稳定性和磁矩。结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Aun(n=2-6)团簇为二维结构,Co@Au7和Co@Au8转变为三维结构。原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数。磁矩的计算揭示Co@Aun团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道。     

(Li3N)n(n=1-5)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Li3N)n(n=1-5)团簇各种可能的构型进行儿何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明,(Li3N)n(n=1-5)团簇中N原子的配位数以4,5较多见,"Li-Li键长为0.210-0.259 nm,Li原子在桥位时Li-N键长为0.185-0.204 nm,Li原子在端化时Li-N键长为0.172-0.178nm;团簇中N原子的平均自然电荷为-2.01 e,Li原子的平均自然电荷为 0.67e;Li3N,(Li3N)5团簇有相对较高的动力学稳定性.     

第一性原理对XMgn(X=K, Na, n=1-12)团簇结构与性质的研究

本文基于第一性原理的广义梯度近似GGA下对XMgn(X=K, Na, n=1-12)团簇的结构与性质进行了研究. 通过对结构、束缚能、二阶能量差分和劈裂能的分析发现: KMgn (n=1-12) 团簇在n>5时, 其几何结构转变为笼状; 在n=12时, K原子进入到团簇的内部且呈逃逸的趋势; KMgn (n=1-12)团簇的相对稳定性在n=6,9时增强; 对于NaMgn (n=1-12) 团簇, 在n<6时,团簇的结构相对简单; 在n大于等于6时,团簇的结构呈现出比较复杂的立体结构; NaMgn (n=1-12)团簇在n=6,9时团簇的相对稳定性增强; 最后对比分析KMgn , NaMgn (n=1-12)的二阶能量差分和劈裂能发现; 在n=6时,两种团簇的相对稳定性都较强,但KMg6团簇的稳定性优于NaMg6团簇.     

二元等比锰硫MnnSn(n=1-7)团簇的结构与性质研究

采用密度泛函理论系统研究了二元等比锰硫团簇MnnSn(n=1-7)的结构和物理性质。首先得到了体系的最低能量结构以及相应的亚稳态同分异构体,讨论了团簇几何结构的生长模式和结构稳定性。通过电荷转移和差分密度分析发现Mn原子和S原子之间离子键和共价键的共存效应可以有效提高团簇结构稳定性。当原子数为奇数和偶数时,锰硫团簇的磁矩分别为5uB和淬灭状态,呈现出奇特的二元奇偶振荡现象,通过布局分析和态密度进一步探索了团簇磁性的来源和具体分布情况。     

MgnPm团簇的几何结构，电子性质和稳定性的密度泛函研究

本文运用密度泛函理论在B3LYP6-311G水平上对MgnPm(n=1～2,m=1～8)团簇的几何构型,稳定性以及电子性质进行了较详细的计算研究.在优化所得的MgnPm(n=1～2,m=1～8)基态结构中,n m≥4时,团簇易形成五元环和四元环型结构.在得到的基态结构的基础上,我们对最低能量结构的二阶能量差分和能隙进行了计算,结果表明MgP4,MgP6,Mg2P2以及Mg2P4具有较高的相对稳定性.在对自然电子组态和电荷布居的进一步分析发现,P原子获得电荷的多少取决于P,Mg原子之间的距离的大小.     

AgGen (n= 1-17)团簇：几何结构，稳定性和电子性质

利用密度泛函理论的B3LYP/LanL2DZ方法,对AgGen (n= 1-17)团簇进行了系统的研究,较小的AgGen (n=1-11)和相对较大的AgGen(n=12-17)团簇出现了不同的生长方式．从n=12开始,形成了银原子被锗原子完全包围的笼状结构．根据AgGen团簇的分裂能和二阶能量差分,预测了AgGen (n= 1-17)团簇的幻数为n=5、10、12 和 15．Mulliken 电荷布局分析显示电荷转移的方向和团簇的大小与掺杂的金属种类有关．通过分析振动光谱,研究了团簇的动态稳定性,在实验中明显的红外谱和拉曼谱能被用来区别团簇结构．     

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.     

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。     

密度泛函理论对PbnS(n=1-13)团簇结构和电子性质的研究

利用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对PbnS(n=1-13)团簇进行几何结构优化,并对能量和频率进行计算,得到了PbnS(n=1-13)团簇的基态结构和稳定结构。计算结果表明：PbnS团簇的平均结合能比Pbn团簇的平均结合能要大,且n=4和10为PbnS团簇的幻数。在PbnS团簇中,电荷都是从Pb原子向S原子转移且以共价键和离子键共存。     

密度泛函理论研究SinMn (n=2～14)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对SinMn (n=2～14) 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,当n≥10时,Mn原子完全陷入Si原子形成的笼内.二阶能量差分、分裂能和垂直电离势都表明Si5Mn和Si12Mn是稳定的团簇,且12是团簇的幻数.通过对电子性质的分析发现Si12Mn团簇具有较高的化学稳定性.布局数分析表明,在Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩(3.923 μB)是最大的.较多的电荷转移以及Mn原子的4s, 3d态和Si原子的3s, 4p态的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因.当n≥7时,SinMn 的总磁矩是1 μB.     

MgBn（n=1-17）团簇的密度泛函理论研究

本文从第一性原理出发,采用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)全电子基组水平上对MgBn(n=1-17)团簇各种可能的构型进行结构优化和频率分析,预测了各团簇的最低能量结构。结果表明MgBn 团簇主要有两种生长模式。同时对各团簇最低能量结构的能隙、结合能等电子性质进行了分析,由二阶能量差分及能隙随团簇尺寸的变化规律可以得到MgB6、MgB9、MgB13是比较稳定的团簇。通过NBO对自然电荷布居及成键特性进行分析,得到Mg原子带正电,以s轨道参与成键,B原子主要带负电,一部分B原子之间以sp杂化形成离域π键,有利于增强稳定性,其他B原子主要以s、p轨道参与成键。