Sn_nSm(n=1～9)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用Saunders全局优化随机踢球模型与密度泛函理论相结合的方法,在B3LYP/SDD理论水平下研究了锡基原子团簇Sn_n(n=2~10)及锡基稀土原子钐掺杂团簇Sn_nSm(n=1~9)的几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明,团簇Sn_nSm(n=1~9)中掺杂的钐原子通常位于主团簇的表面,掺杂团簇的基态结构更倾向于具有较高对称性的三维结构;二元锡基混合团簇的平均结合能变大,稳定性增强,这主要归因于Sn—Sm键比Sn—Sn键的键能大,具有更强的相互作用;掺杂团簇具有较高的磁性,其总磁矩主要源自于钐原子4f电子的贡献;随着团簇尺寸的增加,二元团簇的总磁矩呈现出趋于饱和的现象.     

Ge_nEu(n=1-13)团簇的结构、电子及磁性质(英文)

利用密度泛函理论在广义梯度近似下研究了GenEu(n=1-13)团簇的生长模式和磁性.结果表明:对于GenEu(n=1-13)团簇的基态结构而言,没有Eu原子陷入笼中.这和SinEu以及其它过渡金属掺杂半导体团簇的生长模式不同.除GeEu团簇外,GenEu(n=2-13)团簇的磁矩均为7μB.团簇的总磁矩与Eu原子的4f轨道磁矩基本相等.Ge、Eu原子间的电荷转移以及Eu原子的5d、6p和6s间的轨道杂化可以增强Eu原子的局域磁矩,却不能增强团簇总磁矩.     

Au12M (M=Na,Mg, Al,Si, P,S, Cl)团簇的结构、稳定性和电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统地研究了Au12M(M=Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl)团簇的结构、稳定性和电子性质.对团簇的平均结合能、镶嵌能、垂直离化势、最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的能级差、电荷布居分析、自然键轨道(NBO)进行了计算和讨论.对于Au12M(M=Na,Mg,Al)团簇,它们形成了内含M原子的最稳定的笼状结构.然而对于Au12M(M=Si,P,S,Cl)团簇,它们却形成了以M元素为顶点的稳定锥形结构.在这些团簇中发现Au12S团簇相对是最稳定的,这是由于Au12S团簇形成了稳定的满壳层的电子结构.自然电荷布居分析表明:对于所有的Au12M(M=Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl)团簇电荷总是从Au原子转向M原子.自然键轨道和HOMO分析表明Au12M团簇中发生了Au原子的s-d轨道和M原子的p轨道间的杂化现象.     

Cu_nNi(n=2-13)团簇基态结构和电子特性的密度泛函研究

基于第一性原理,利用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)对团簇Cun-1Ni和Cun(n=3-14)进行了结构优化和能量计算,结果表明,单质Cu团簇不是以密实结构而是以类平面结构生长,但Ni的掺杂使得Cu团簇结构以二十面体为基础生长并且增加了团簇的稳定性;团簇结合能的二阶差分计算表明Cu3Ni,Cu7Ni和Cu9Ni结构最为稳定;在团簇的最稳定结构中Ni原子趋于占据团簇的中心位置和更多的Cu原子形成化学键;位于表面的Cu原子成为Mülliken电荷的接受体而带负电性,这也可能是Ni掺杂Cu合金耐腐蚀性增强的原因之一;Ni的掺杂使原来没有磁性的铜团簇显示了磁性且总自旋磁矩表现明显的奇偶振荡,为1或2μB,与团簇的尺寸无关.     

电中性团簇MCu2Ox(M=Cu2+,Ce4+,Zr4+)上甲烷和二氧化碳直接合成乙酸的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了电中性团簇MCu₂O_x(M=Cu²⁺, Ce⁴⁺, Zr⁴⁺; x=3, 4)的特性及其对甲烷和二氧化碳直接合成乙酸反应的影响. 结果表明, 团簇催化的反应由甲烷C—H活化、 二氧化碳插入引起C-C偶联、 CH₃COO转向和氢迁移4步构成. 前两步为关键步骤, C—H和C-C各自与团簇活性位点间形成四中心结构并推动反应进行. 电子自甲烷流出到团簇, 再流入二氧化碳, 使甲烷的C—H和二氧化碳的C=O得以活化, 继而驱动C-C偶联. Ce, Zr引入至氧化铜团簇中后, 团簇由原有的六元环结构衍变为六元环Ⅰ、 掺杂原子分别位于中心和端末的双四元环Ⅱ和Ⅲ 3种结构. 团簇结构和电子自旋均会影响反应的进行. 低自旋团簇有利于甲烷 C—H活化, 而高自旋团簇则有利于C-C偶联; 在3种掺杂团簇结构中, 处于三重态的结构Ⅲ团簇可以较好地兼顾C—H活化和C-C偶联. 通过比较相同结构发现, Ce, Zr掺杂调变了氧化铜团簇活性位点的局域电荷, 虽使其对甲烷C—H活化的能力略有下降, 但却显著降低了C-C偶联反应的活化自由能垒, 从而促进了反应的进行. 掺杂原子Zr的助剂作用比Ce要大.     

TinO2和TinO2-(n=1-10)团簇的几何结构、电子和磁性质

基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,研究了TinO2和TinO2-(n=1-10)团簇的几何结构、电子结构以及磁性.结果表明,两个氧以分离的原子状态吸附在金属团簇的表面,呈现出以一个钛原子为中心的O-Ti-O的相邻吸附形式.中性团簇和阴离子团簇的能量最低结构相似.稳定性分析表明TinO2具有很高的稳定性,特别是TiO2和Ti7O2.此外,详细讨论了团簇的电离势、电子亲和能、电子解离能和能隙.基于最低能量结构,讨论了团簇的磁性,发现电荷从Ti原子向O原子转移,并且电荷转移主要发生在TinO2的Ti-3d、Ti-4s和O-2p轨道.磁性团簇中反铁磁序占据主导,磁矩主要来源Ti-3d电子的贡献,而两个氧原子的贡献非常小.     

Si_2C_(m-2)(m=4～15)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法, 对Si2Cm-2(m = 4~15)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了研究, 讨论了化学键的特征和热力学稳定性, 比较了Si2Cm-2团中环状和线状结构的差异。结果表明, m = 4~13的团簇为线状结构, m=14~15的团簇为环状结构。在线状结构中, 随着m增大, 自旋多重度出现1、3交替变化, 并且Si原子倾向于在C链端部成键;环状结构中, C原子形成环状, 2个Si原子处于椭圆环状构型的两端。m 为奇数的Si2Cm-2团簇比m为偶数的更为稳定。     

双二十面体Agn(n=19, 23, 24, 25)团簇低能稳态构型的TS搜索

采用基于NEB的MEP的LST/QST方法, 发展了一种不依赖团簇初始结构而得到其低能稳态构型的过渡态搜索方法, 预测和分析了孤立与铰链双二十面体Ag_n (n=13, 19, 23, 24, 25)的低能稳态构型. 证实Ag₁₃-I_h的低能稳态构型是一个含有五角双锥碎片的Ag₁₃-C₂扁平层状结构, 而Ag₁₉-D_5h的低能稳态构型则是在13原子二十面体上添加6原子组成Ag₁₉-C₁球形结构. 并且揭示Ag₂₃-D_3h, Ag₂₄-D_2h, Ag₂₅-D_5d与Ag_n (n=17～22)团簇一样, 其低能稳态构型也含有一个13原子的变形二十面体核心.     

(Pt_nMn)~(±,0)(n=1～5)掺杂团簇结构与磁性的密度泛函研究

采用密度泛函理论(Demity Function Theory)中的B3LYP方法,在Lanl2dz赝势基组水平上对(PtnMn)±,0(n=1～5)团簇的几何构型进行了全优化,并对基态的能级以及磁性进行了研究.结果表明:PtMn掺杂团簇的自旋多重度比较高,这种性质跟纯Mn团簇相似.并且发现一般情况下Mn原子参与成键数越多,结构越稳定,在成键数相同的情况下,成键的平均键长越短越稳定;其次(PtnMn)±,0团簇的所有稳定结构都表现为铁磁性耦合;掺杂一个Mn原子后的团簇磁性大大增强,磁矩主要来源于未满的d壳层电子,且Mn原子上的局域磁矩远大于Pt原子.随着Pt原子个数的增加,Mn原子的局域磁矩变化不大,但团簇的总磁矩渐渐增大.     

荷电(±1)对二十面体X_(13)(X=Cr,Mn,Fe,Co)团簇的稳定性与磁性的影响

采用基于密度泛函理论的计算方法,对正二十面体金属X13(X=Cr,Mn,Fe,Co)中性和荷电团簇进行了全面的结构优化计算,研究了荷电对团簇的稳定性和磁性的影响.结果表明:荷负电能够使团簇的稳定性增强;荷电对不同团簇的原子间距离的影响不同;同时荷电对不同团簇磁性的影响也是不一样的,尤其是荷负电能够使Fe13和Co13团簇的磁性大大增强;荷电对不同团簇磁性的影响不是通过原子间距离的变化来实现的,而是受到原子内部电荷的转移和杂化程度的影响.     

空气中合成M_2B_4O_7∶Eu~(3+)(M=Na,K)荧光体及其性质表征

以 M2 B4 O7( M=Na,K)为基质 ,在空气中掺杂稀土元素 Eu3+ 得到了 Na2 B4 O7∶ Eu3+ 和 K2 B4 O7∶ Eu3+荧光体 .探讨了体系的烧结条件和荧光性质 ,分析了晶体的结构 .结果表明 ,虽然两种体系的最佳合成条件不同 ,但是体系中都同时存在 [BO4 ]和 [BO3]结构 ;稀土离子 Eu3+ 的发光以电偶极跃迁5D0 -7F2 为主 ,处于非中心对称的格位上 ,并且可以很好地存在于基质中 ,Na2 B4 O7∶Eu3+ 具有较强的发光强度     

平面五配位硅、 锗XBe5H6(X=Si,Ge)团簇

采用密度泛函理论PBE0方法, 在aug-cc-pVTZ水平上理论预测了含平面五配位硅和锗原子的XBe₅H₆ (X=Si, Ge)团簇. 势能面系统搜索及高精度量化计算表明, 它们均为全局极小结构. XBe₅H₆(X=Si, Ge)团簇整体呈完美的扇形结构: Si/Ge原子被5个金属Be原子配位; 4个H原子以桥基方式与Be原子相键连, 剩余的2个 H原子以端基方式与两端的Be原子成键. 化学键分析表明, XBe₅H₆(X=Si, Ge) 团簇中XBe₅单元具有完全离域的1个π及3个σ键, 外围铍氢间形成4个Be—H—Be 三中心二电子(3c-2e)键及2个定域的Be—H键. XBe₅单元上离域的2π及6σ电子赋予体系π和σ双重芳香性, 并使Si/Ge原子满足八隅律（或八电子规则）. 能量分解-化学价自然轨道分析揭示, Si/Ge和Be₅H₆之间主要为电子共享键.     

空气中合成M2B4O7:Eu3+(M=Na,K)荧光体及其性质表征

以M2B4O7(M=Na,K)为基质,在空气中掺杂稀土元素Eu3+得到了Na2B4O7:Eu3+和K2B4O7:Eu3+荧光体.探讨了体系的烧结条件和荧光性质,分析了晶体的结构.结果表明,虽然两种体系的最佳合成条件不同,但是体系中都同时存在[BO4]和[BO3]结构;稀土离子Eu3+的发光以电偶极跃迁5D0-7F2为主,处于非中心对称的格位上,并且可以很好地存在于基质中,Na2B4O7:Eu3+具有较强的发光强度.     

TinO2和TinO2-(n=1-10)团簇的几何结构、电子和磁性质

基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 研究了Ti_nO₂和Ti_nO₂^- (n=1-10)团簇的几何结构、电子结构以及磁性. 结果表明, 两个氧以分离的原子状态吸附在金属团簇的表面, 呈现出以一个钛原子为中心的O-Ti-O 的相邻吸附形式. 中性团簇和阴离子团簇的能量最低结构相似. 稳定性分析表明Ti_nO₂具有很高的稳定性, 特别是TiO₂和Ti₇O₂. 此外, 详细讨论了团簇的电离势、电子亲和能、电子解离能和能隙. 基于最低能量结构, 讨论了团簇的磁性, 发现电荷从Ti 原子向O原子转移, 并且电荷转移主要发生在Ti_nO₂的Ti-3d、Ti-4s和O-2p轨道. 磁性团簇中反铁磁序占据主导, 磁矩主要来源Ti-3d电子的贡献, 而两个氧原子的贡献非常小.     

（CoCr）n（n=1-5）合金团簇的结构和磁性

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对(CoCr)n(n=1-5)团簇的几何结构、电子结构和磁性进行了系统的研究,确定了团簇的基态和亚稳态.结果表明,CoCr二元合金团簇的基态几何构型呈对称有序排列,其磁性均呈反铁磁性耦合;团簇键长和配位数的大小对原子局域磁性有很明显的影响;受Cr原子的影响,在(CoCr)4团簇中,非相邻的Co原子之间呈现反铁磁性耦合.     

(CoCr)n (n=1-5)合金团簇的结构和磁性

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对(CoCr)n (n=1-5)团簇的几何结构、电子结构和磁性进行了系统的研究, 确定了团簇的基态和亚稳态. 结果表明, CoCr二元合金团簇的基态几何构型呈对称有序排列, 其磁性均呈反铁磁性耦合; 团簇键长和配位数的大小对原子局域磁性有很明显的影响; 受Cr原子的影响, 在(CoCr)4团簇中, 非相邻的Co原子之间呈现反铁磁性耦合.     

锰/磷、钛/磷二元团簇的激光溅射产生与光解

利用激光溅射法直接产生了锰/磷、钛/磷二元团簇正、负离子MxPy±(M=Mn、Ti),并用串级飞行时间质谱仪研究了团簇离子的组成与激光光解规律.实验表明钛与磷间成簇的能力强于锰与磷间成簇的能力,且MPy+(M=Ti、Mn)团簇离子系列表现出峰强度随所含磷原子数目的奇偶性变化,这可能与P4结构的特殊稳定性有关.激光光解实验表明,失去中性P2、P4的通道为主要光解通道.随着团簇离子的生长,锰/磷团簇正离子逐渐由富磷簇向富金属簇过渡,钛/磷则趋向于形成钛原子数目与磷原子数目接近相等的团簇正离子,而二者与磷形成的团簇负离子MxPy-(M=Mn、Ti)逐渐趋向于x≈y,随样品中磷含量增加,锰/磷易形成富磷簇,钛/磷的组成趋向不改变.     

Au@Gen (n=2-9)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文选用密度泛函B3LYP方法在Lan L2DZ基组上对Au Gen+(n=2~9)团簇的几何结构和电子性质进行了理论研究,其中包括结构优化、平均键能、HOMO-LUMO能隙和电荷转移等。结果表明,随着锗原子数的不断增加,这些掺杂团簇逐渐形成了三维立体结构,并发现Au Ge7+和Au Ge9+两个掺杂团簇是相对稳定的,而且这些掺杂团簇的电荷转移主要是由金原子到锗原子骨架上。此外,还模拟了这些掺杂团簇的红外光谱,为以后实验研究提供有价值的理论参考。     

FMBen（FM=Fe,Co,Ni;n=1-12）团簇结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对FMBen(FM=Fe,Co,Ni;n=1-12)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和磁性进行了计算,同时考虑了电子的自旋多重度.结果表明,纯铍团簇的幻数是由电子的壳层模型确定,而FMBen团簇的幻数主要由几何效应来解释;掺杂铁磁性的过渡金属(Fe,Co,Ni)提高了纯团簇的稳定性.二阶能量差分表明FMBen(FM=Fe,Co,Ni)的幻数分别为5,10;5,10;4,10.通过对磁性质的研究发现掺杂不同的过渡金属时,磁矩出现了不同的变化规律.     

钛,锆和铪羰基化合物M(CO)_n(M=Ti,Zr,Hf;n=4～7)的理论研究

利用密度泛函方法对标题化合物的平衡几何、热化学及振动频率进行了理论预测,发现这3种金属原子都有相似的M(CO)n(n=4～7)结构.全局最低构型对M(CO)7都是单态C3v戴帽八面体7S-1,对M(CO)6都是三重态D3d畸变八面体6T(而对应的单重态M(CO)5仅比它低不到21 kJ·mol-1).对M(CO)n(n=5,4)都是三重态6S-1,其构型分别为从6T中移去1个或2个CO基的衍生物5T和4T.此外,五重态的D3h的三角双锥M(CO)5和单态的Td四面体M(CO)4以及能量更高的含有C和O同时与金属成键的独特配位CO基的M(CO)6和M(CO)3也被发现.最后,给出M(CO)7→M(CO)6+CO反应的离解能.并讨论了金属18价电子的Ti(CO)7存在的可能性.