(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.     

(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、原子的净电荷布局、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)2>HgSe>(HgSe)3,极性顺序为：(HgSe)4>HgSe>(HgSe)3>(HgSe)5>(HgSe)6>(HgSe)2,(HgSe)6、(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。     

(OsH_2)_n(n=1~5)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用密度泛函理论,在广义梯度近似(GGA)下对(Os H2)n(n=1~5)团簇的可能构型进行几何参数全优化,得到基态结构,并对基态结构的平均结合能(Eb)、能量二阶差分(Δ2E)、磁矩和态密度等进行计算.结果表明:(Os H2)n(n=1~5)团簇趋向于形成空间三维结构,Os与H之间有较强的相互作用,并且Os H2的基态结构可以看作是(Os H2)n(n=1~5)团簇结构的基本组成单元;(Os H2)4团簇稳定性较好,只有(Os H2)5基态结构呈反铁磁性耦合,团簇的磁矩主要来源于Os原子的d轨道.     

(CoMn)n(n=1~5)合金团簇的结构和磁性

采用密度泛函理论中的局域自旋密度近似和广义梯度近似对(CoMn)n(n=1～5)团簇的几何构型进行优化、能量、频率和磁性计算,确定了团簇的基态,对其基态的磁性和电子结构进行了系统研究,并与相对应的一元团簇进行了结构和磁性比较.研究表明,两种方法确定的基态构型基本一致,当n=1～4时,等比CoMn二元合金团簇的几何形状仍与一元团簇相同;(CoMn)3和(CoMn)4团簇出现了磁性双稳态,显示铁磁性和反铁磁性耦合;二元CoMn合金团簇中Co、Mn原子磁性仍能保持一元Co、Mn团簇基态的磁性.     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP方法,选择LANL2DZ基组,对(TiZr)x(n=1～7)团簇的各种可能构型进行了优化,得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明:(TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1和(TiZr)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

(MgC)n (n=1~10)团簇结构稳定性及金属性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对同比例二元团簇(MgC)n (n=1~10)的结构稳定性和金属性进行比较系统的研究。结果显示：当原子总数N=2, 4, 6, 8, 12时,二元团簇的结构为平面形状,其余为对称性较低的三维构型,且Mg3C3为幻数结构。另外,在二元团簇的形成过程中,镁、碳原子并不是均匀分布于空间中,而是首先形成各自倾向的构型,再结合成团簇。同时,(MgC)n (n=1~10)二元团簇的基态结构在原子总数N=10时发生突变,由平面形向三维结构转变。此外,最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙值除N=8外呈逐渐降低的趋势,说明在同比例二元团簇随尺寸增加的演化中出现半导体性与金属性间的相互转变行为。     

(MgC)n (n=1~10)团簇结构稳定性及金属性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对同比例二元团簇(MgC)n (n=1~10)的结构稳定性和金属性进行比较系统的研究。结果显示：当原子总数N=2, 4, 6, 8, 12时,二元团簇的结构为平面形状,其余为对称性较低的三维构型,且Mg3C3为幻数结构。另外,在二元团簇的形成过程中,镁、碳原子并不是均匀分布于空间中,而是首先形成各自倾向的构型,再结合成团簇。同时,(MgC)n (n=1~10)二元团簇的基态结构在原子总数N=10时发生突变,由平面形向三维结构转变。此外,最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙值除N=8外呈逐渐降低的趋势,说明在同比例二元团簇随尺寸增加的演化中出现半导体性与金属性间的相互转变行为。     

(CoO)_n(n≤6)合金团簇的结构和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对(CoO)_n(n≤6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质研究.研究结果表明(CoO)n(n≤6)团簇最稳定结构除(CoO)6团簇为三维立体结构外,其余团簇均呈二维平面结构,且(CoO)_n(n=1,2,3,4和6)结构均表现明显的钴氧分离特征,而(CoO)5团簇表现明显的Co—Co聚合和O—O分离特征.团簇的总磁矩在n=1,3,4时,以3μB为单元成倍增长,(CoO)5团簇显著降低,减小至1μB,(CoO)6团簇又有所增加,增大至6μB.(CoO)n(n≤6)团簇磁性变化的起因也从电荷转移、磁性耦合、电子差分密度和态密度进行了详细阐释.     

(CuAu3)n和(Cu3Au)n(n=1～15)团簇基态能量和结构的MOnte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对(CuAu3)n和(Cu3Au)n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性.结果表明:(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的;(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于:在(Cu3Au)n团簇中,铜一金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高.     

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.     

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.     

KBn(n=1~10)团簇的结构和性质的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析了KBn(n=1~10)团簇的几何结构及电子性质和极化率.通过研究团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分分析了团簇的稳定性规律,研究表明: KBn(n=1~10)团簇基态多数为立体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明KB3与KB9是幻数团簇.对团簇基态的极化率研究表明KBn团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,基本形成了一定的堆积方式.静态第一超极化率研究表明KB8与KB4两种平面构型的团簇具有较好的非线性光学性能.     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP 方法,选择LANL2DZ基组, 对(TiZr)n(n=1～7)团簇的各种可能结构进行优化, 得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析。结果表明: (TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1 和(TiZr)3 团簇具有相对较高的动力学稳定性。     

(TiZr)n(n=1～7)团簇的几何构型与性质的密度泛函研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP 方法,选择LANL2DZ基组, 对(TiZr)n(n=1～7)团簇的各种可能结构进行优化, 得到了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的几何结构、IR光谱、成键特性和稳定性等进行了理论分析。结果表明: (TiZr)n(n=2～7)团簇易形成笼状结构,Ti原子易于得到电子,而Zr原子易于失去电子;体系随着原子数的增多,自由度增加,IR光谱表现出宽带谱特征;定域化轨道标识函数图揭示了(TiZr)n(n=1～7)基态团簇原子间多为金属键作用,在特定结构下有共价键成分出现;随着原子数增加,(TiZr)n(n=1～7)团簇带隙减小,金属性增强;(TiZr)1 和(TiZr)3 团簇具有相对较高的动力学稳定性。     

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件，采用密度泛函理论，对Mo_n(n=2-13)及Mo_nC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级，对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明，Mo_n团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知，n=6,9时Mo_n团簇的稳定性较高，n=4,7,10时Mo_nC团簇的稳定性较高.     

Nb_2Si_n~-(n=1～6)团簇的几何构型、电子性质和磁性的理论研究

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了Nb2Sin-(n=1~6)团簇的几何结构和电子性质.结果发现Nb2Sin-(n=1~6)团簇只是在相应的Nb2Sin团簇的结构基础上发生了微小畸变.其中Nb2Si-6团簇结构变化较为严重.对平均束缚能和分裂能的研究发现,Nb2Sin-(n=1~6)团簇的平均束缚能和分裂能均明显高于相应的Nb2Sin团簇,表明增加一个电子可以提高Nb2Sin(n=1~6)团簇的稳定性.通过对最低能构型的分裂能的研究发现,Nb2Si-3团簇和Nb2Si3团簇分别是Nb2Sin-和Nb2Sin(n=1~6)团簇中所有最低能构型中最稳定的.对电荷自然布局的研究发现,在Nb2Sin-(n=1~6)团簇中出现了电子反转.而对于Nb2Sin(n=1~6)团簇,当n=4~6时出现电子反转现象,n=1~2时电子转移符合常规.对HOMO-LUMO能隙的研究结果表明,除了n=1,6外,其余Nb2Sin-(n=2~5)团簇最低能结构的HOMO-LUMO能隙均小于相应的Nb2Sin团簇,说明在这些团簇中增加一个电子增强了团簇的化学活性,但是当n=1、6时增加一个电子,该团簇的化学活性反而降低了.对于Nb2Sin-(n=1~6)团簇来讲,Nb2Si-2和Nb2Si-5团簇分别成为Nb2Sin-(n=1~6)团簇中化学稳定性最强和化学活性最强的.且Nb2Sin-(n=1~6)团簇呈现半导体属性.对磁矩的研究结果表明,Nb2Sin-(n=1~6)团簇的最低能结构的总磁矩均为1.00μB,两个Nb原子的局域磁矩方向,除了Nb2Si5-团簇有一个铌原子与总磁矩相反外,其余均与总磁矩方向相同.说明各团簇中两个铌原子和硅原子对磁矩的贡献不同,方向也不完全相同.     

(SiO_2)_n~-(n≤7)团簇的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对(SiO2)n-(n≤7)负离子团簇的几何构型进行了优化,并对能量和频率进行了计算.通过对计算结果的分析发现,与近邻尺寸的团簇比较,(SiO2)4-团簇最低能量结构更加稳定;(SiO2)n-(n≥4)团簇的最低能量结构是以(SiO2)4-为基础结构,具有一定的生长规律.     

Al_nCl(n=2～14)团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

在卡里普索(CALYPSO)结构预测方法的基础上,运用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP,在6-311G+(d)基组水平上,对AlnCl(n=2~14)团簇进行了几何构型优化与电子性质计算。同时,讨论了AlnCl(n=2~14)团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、解离能等性质随着团簇尺寸的演化规律以及红外、拉曼光谱的性质。研究结果表明AlnCl(n=2~14)团簇基态结构由平面结构向三维立体结构演化,形成Cl原子戴帽的Aln-1Cl团簇基态结构,Al7Cl是团簇的幻数结构,AlnCl(n=2~14)团簇的红外振动峰在高频段上只有一个较强的振动峰,而拉曼活性谱图显示,拉曼强振动峰个数较多,并且在中低频段内活性较高。     

从头计算对GanNm团簇的结构与稳定性的研究

用B3LYP-DFT方法对GanN2(n=1~7)和GanN(n=2~8)团簇的结构与稳定性进行了研究.在6-31G*水平上进行了结构优化和频率分析,得到了GanN2(n=1~7)和GanN(n=2~8)团簇的基态结构.在GanN(n=2~8)团簇的基态几何结构中,N原子处在分子结构的中心;在GanN2(n=1~3)团簇中,N—N键比Ga—N键强;在GanN2(n=4~7)团簇中存在Ga3N单元和Ga4N单元.在GanN2(n=1~7)和GanN(n=2~8)团簇中,Ga4N2,Ga6P2,Ga3N,Ga5N和Ga7N较其它团簇稳定.     

WnSi02,±(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WnSi0,2±(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:WnSi0,2±(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,W5Si0,2±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W0,5±团簇的基态构型相似;W5Si2-团簇是比较理想的复合材料;WnSi0,2±(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.