Al(N3)3和P(N3)3结构与性质的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df)理论水平,对二元叠氮化合物Al(N3)3和P(N3)3进行密度泛函理论计算研究,获得其稳定分子的几何构型、电子结构、红外光谱以及稳定性。研究结果表明,P(N3)3分子中的磷原子拥有一对孤对电子,给予临近氮原子(Nα)上的孤对电子较大斥力,从而使其表现出三角锥形结构特征,而Al(N3)3表现为平面三角形结构特征。自然键轨道分析表明,Al–Nα和P–Nα键本质上均属于共价键。与叠氮自由基相比较而言,Al(N3)3和P(N3)3的每个叠氮基内部的总成键度显著增大,从而导致N3基的振动频率发生明显蓝移。前线分子轨道能级差和叠氮自由基键离解能的计算结果均表明Al(N3)3比P(N3)3更稳定。     

(Nb,N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究

二氧化钛（TiO₂）作为一种性能优良的光催化剂已经受到越来越多的关注.本研究采用密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似+U方法,对锐钛矿结构TiO₂晶体三种可能的（Nb,N）共掺杂TiO₂的几何结构、形成能、能带结构、电子密度和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂（Nb/N）体系进行了对比.对掺杂后体系的几何结构进行的计算表明杂质原子掺入后晶格发生了不同程度的畸变.此外,（Nb,N）共掺杂体系与纯TiO₂相比,其禁带宽度和吸收边较小.同时,与N掺杂TiO₂相比,N的2p态在共掺杂情形下变为完全占据,从而减少了电子空穴对的复合.而且共掺杂体系的形成能比N单掺杂体系低,因而更加稳定.因此,（Nb,N）共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO₂在可见光波段的光催化性能.     

Al12N、Al12B团簇结构和电子性质的密度泛函计算

利用密度泛函理论研究了Al12N和Al12B团簇的原子结构和电子性质,通过各种异构体的比较,发现两种掺杂团簇的最低能量结构都是完好的二十面体(Ih)结构,N(B)原子占据在二十面体的中心.高对称性团簇形成稀疏离散的电子态密度和大的电子能隙.在Al-N之间发生较大的电荷转移.因此我们建议把Al12N团簇看作是碱金属超原子,Al12B团簇看作是卤素超原子,用来构造团簇组装固体.     

Mon(n=2~10)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论下的广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation, GGA)方法对Mon (n=2~10) 团簇的直线结构、平面结构和立体结构分别进行优化和分析. 结果表明仅直线结构具有双原子对结合趋势, 且偶数团簇比相邻奇数团簇稳定; 平面结构中奇数原子团簇锯齿状较稳定, 偶数原子团簇以多边形较稳定; 立体结构在所有维度中最稳定. 对团簇总磁矩的分析表明直线结构偶数团簇磁矩淬灭, 奇数团簇具有较大的反磁矩; 基态结构中仅Mo3和Mo8有2μB的磁矩. 基态结构的二阶能量差分、垂直电离势和能隙均表明Mo5为幻数团簇, 并分析了其热力学性质.     

1,8,15,22-四(3-戊氧基)自由酞菁的结构、性质和红外光谱研究

利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上对1,8,15,22-四(3-戊氧基)自由酞菁的分子结构、分子轨道、原子电荷分布和红外光谱进行了研究。对酞菁骨架结构计算的键长 和晶体结构相差最大仅0.002 nm,最小的不足0.000 3 nm,表明了计算的酞菁骨架结构与晶体数据很吻合;对实验红外光谱图上的峰和模拟的峰的波数进行对应线性拟合,得出拟合直线的斜率为1.039, 截距为58 cm-1,说明计算的红外光谱和实验测得的对应得非常好。上述结果验证了所选取的理论方法和基组的可靠性。通过与未取代自由酞菁结构和性质的比较,发现烷氧基取代后的酞菁 分子中原子电荷仍然主要分布在酞菁环的内部,烷氧基的氧原子也带有较多负电荷。但是α-位烷氧基取代对整个酞菁分子结构和性质都产生很大的影响,烷氧基取代升高了HOMO和LUMO的能量,降低了 HOMO-LUMO能级,从而降低了其稳定性。借助正则坐标分析,对红外光谱中的重要吸收峰进行了详细的指认。     

Sc12X团簇(X=B,C,N,Al,Si,P)的电子结构和稳定性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似(GGA)研究二十面体Sc12X(X=B、C、N、Al、Si、P)中性和荷电团簇的电子结构和稳定性,系统计算了它们的基态束缚能(BE)、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低占据轨道(LUMO)之间的能隙、局域电荷以及HOMO电子构型.研究表明,用C、Si原子或荷电后的B、N、Al、P离子分别替代团簇Sc13中心原子可以使其成为稳定的结构.Sc12X团簇束缚能改变的原因在于掺杂改变了中心原子或离子与表面原子的轨道杂化.     

(KN3)n(n=1~5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311G*基组水平上对(KN3)n(n=1~5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化, 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、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, KN3团簇最稳定结构为直线型, (KN3)n(n=2~3)团簇最稳定结构为环形结构, (KN3)n(n=4~5)团簇最稳定结构是由(KN3)2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构. N-N 键键长在0.1156~0.1196 nm之间, N-K键键长在0.2357~0.2927 nm之间; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与K原子直接作用的N原子负电性更强, 金属K原子与N原子之间形成离子键. (KN3)n(n=1~5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180~2230 cm-1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动. 稳定性分析显示, (KN3)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

(KN3)n(n=1~5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311G*基组水平上对(KN3)n(n=1~5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化, 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、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, KN3团簇最稳定结构为直线型, (KN3)n(n=2~3)团簇最稳定结构为环形结构, (KN3)n(n=4~5)团簇最稳定结构是由(KN3)2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构. N-N 键键长在0.1156~0.1196 nm之间, N-K键键长在0.2357~0.2927 nm之间; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与K原子直接作用的N原子负电性更强, 金属K原子与N原子之间形成离子键. (KN3)n(n=1~5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180~2230 cm-1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动. 稳定性分析显示, (KN3)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

Sin-1N和Sin-2N2(n=3～8)离子团簇结构及其光电子能谱的研究

利用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组上对Sin-1N和Sin-2N2(n=3~8)阴阳离子团簇的几何结构和光电子能谱进行了系统研究。结果得到了各团簇的最稳定结构,Sin-2N2离子团簇对称性比Sin-1N离子团簇对称性好;Sin-1N(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤4时为平面结构,n>4时为立体结构;Sin-2N2(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤6时为平面结构,n>6时为立体结构;对于Sin-1N 团簇,总原子数是偶数的团簇比总原子数为奇数的团簇稳定;对于Sin-1N-及Sin-2N2阴阳离子团簇,总原子数是奇数的团簇比总原子数为偶数的团簇稳定。     

密度泛函理论研究Nin,Nin±(n=1-5)团簇的结构和电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了中性及带电Ni小团簇的基态几何结构和电子结构特性。对中性Nin(n=1-5)团簇,除去一个电子对基态几何结构所引起的变化相比增加一个电子所引起的影响要更加明显。n=4时,Ni+4,Ni4以及Ni4-较之相邻个体具有较大的能隙,但在所讨论的尺寸范围内,没有找到幻数结构。随着原子数的递增,Nin+,Nin,Nin-(n=1-5)团簇体系的磁矩总体呈上升趋势,值得关注的是：添加一个电子能够显著增强中性体系的磁性。 讨论了与实验结论符合较好的绝热电子亲和能（AEAs）以及绝热离化势（AIPs）。     

B_nC_mN_(3-n-m)微团簇结构和红外光谱的DFT研究

基于密度泛函B3LYP/6-311 G(2df)理论,本文对BnCmNl(n m l≤3)团簇进行结构优化和简谐振动频率计算.结果表明,硼碳氮双体团簇BnCmNl(n m l=2)的基态分别为B2(3∑g),BC(4∑-),BN(3∑),C2(1∑g),CN(2∑),N2(1∑g),其键能遵循顺序:N-N>C-N>C-C>B-N>C-B>B-B;三体团簇BnCmNl(n m l=3)的基态中,B2C(C2v,1A1)、C2B(Cs,2A′)、N2B(C2v,2A1)采取环状结构,而BCN(C∞v,1∑)、B2N(D∞h,2∑u)、C2N(D∞h,2∏g)、CN2(D∞h,3∑g)则采取直线结构.分析表明相对强键和芳香环的形成是主导硼碳氮三体团簇同分异构体稳定性的决定因素.在相同的理论水平上,所有基态都给出预测的红外频率和相应的振动强度.     

第一性原理计算LiNBe(N=1～12)团簇的基态结构及其电子性质

从第一性原理出发利用密度泛函理论(DFT)计算了LiNBe(N=1-12)团簇的基态结构及其电子性质.计算结果表明:铍掺杂锂团簇LiNBe(N=1-12)的基态结构相当于Be原子取代LiN 1主团簇基态结构中一个Li原子的位置;当团簇尺寸N≥6时,杂质原子Be被束缚在主团簇笼子内;随着团簇尺寸增大,团簇的离解能和二阶能量差分均出现了奇-偶振荡;从结构稳定性上来看,Li6Be是个幻数团簇.     

Electronic structures and mechanical properties of Al(111)/ZrB2(0001) heterojunctions from first-principles calculation

Employing first-principles density functional theory (DFT), the structures and electronic and mechanical properties of Al(111)/ZrB₂(0001) heterojunctions are investigated. It is found that both B-terminated ZrB₂(0001) and Zr-terminated ZrB₂(0001) can form heterojunction interfaces with Al(111) surface. The heterojunction with B-terminated ZrB₂(0001) is demonstrated to be most stable by comparing the surface adhesion energies of six different heterojunction models. In the stable configurations, the Al atom is found projecting to the hexagonal hollow site of neighbouring boron layer for the B-terminated ZrB₂(001), and locating at the top site of the boron atoms for Zr-terminated ZrB₂(001) interface. The mechanisms of interface interaction are investigated by density of states, charge density difference and band structure calculations. It is found that covalent bonds between surface Al atoms and B atoms are formed in the B-terminated heterojunction, whereas the Al atoms and Zr atoms are stabilised by interface metallic bonds for the Zr-terminated case. Mechanical properties of Al/ZrB₂ heterojunctions are also predicted in the current work. The values of moduli of Al/ZrB₂ heterojunctions are determined to be between those of single crystal Al and ZrB₂, which exhibit the transition of mechanical strength between two bulk phases. DFT calculations with the current models provide the mechanical properties for each heterojunction and the corresponding contributions by each type of interface in the composite materials. This work paves the way for industrial applications of Al(111)/ZrB₂(0001) heterojunctions.     

Al、N共掺杂实现p-型ZnS的第一性原理研究

 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了闪锌矿ZnS、N掺杂以及Al、N共掺杂ZnS晶体的电子结构,分析了N掺杂以及Al和N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度以及Mulliken电荷分布。计算结果表明：N掺杂ZnS在能带中引入了深受主能级,N原子的2p态在价带顶提供了空穴载流子,载流子局域于价带顶附近;Al和N共掺使得受主能级变宽,非局域化特征明显,提高了掺杂浓度和系统的稳定性,更加有利于获得p-型ZnS。     

Structure,electronic properties and vibrational spectra of (MgF2)n clusters through a combination of genetic algorithm and DFT-based approach

In this article, we look at the option of using a stochastic optimisation technique, namely genetic algorithm (GA) in association with density functional theory (DFT) to find out the global minimum structures of (MgF₂)_n clusters with the range of n being between 2 and 10. To confirm whether the structures are indeed the acceptable ones, we go on to evaluate several properties like IR spectroscopic modes, vertical excitation energy, cluster formation energy, vertical ionisation potential and the HOMO–LUMO gap. We stress on the fact that an initial estimation of structure using GA, on two empirical potentials (with and without inclusion of polarisation), leads to a very quick convergence to structures which are quite close to the structures obtained from quantum chemical calculations done from the outset, such as using a DFT calculation. The general structural trend of these systems to form three-dimensional networks is also clear from our study. The lowest energy isomers of these clusters show preference for four-membered Mg₂F₂ and six-membered Mg₃F₃ rings. In the IR spectra of (MgF₂)_n clusters, a blueshift of the Mg–F symmetric stretch and a redshift of asymmetric Mg–F stretching as n increases are obtained.     

Al吸附在Pt,Ir和Au的(111)面的低覆盖度研究

应用密度泛函理论,系统研究了Al原子在Pt(111),Ir(111)和Au(111)表面的桥位、顶位、三重面心立方(fcc)洞位和六角密排(hcp)洞位这四个典型位置的吸附情况. 主要计算了三吸附体系的几何结构、平均结合能和差分电荷密度,并系统讨论了相关原子的密立根电荷布居数和投影态密度.研究发现,对于Pt(111)和Ir(111)表面,Al原子在hcp洞位最稳定,但是对于Au(111)表面,Al原子在fcc洞位最稳定. 关键词： 吸附 密度泛函理论 结合能 电子结构