(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的第一性原理研究

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Mg_3C_3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.     

(PbSn)n(n=1～10)合金团簇稳定性及金属性的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了合金团簇(PbSn)n(n=1～10)的稳定性及金属性.结果显示:同比例铅锡合金团簇具有与单质铅、锡团簇相同的幻数尺寸,但结构特点却与单质团簇不同,铅、锡原子间首先各自形成单质团簇,然后再结合成合金团簇,且表现出松散型与密堆积型的有机结合.另外,(PbSn)n(n=1～10)团簇构型在N=14处发生突变:类似于密堆积构型向层状转变,同时HOMO-LUMO能隙具有先增大后减小的趋势,并出现微弱的半导体向金属转变的行为,而且团簇原子总数为20的HOMO-LUMO能隙较相同尺寸单质团簇的还低,说明合金团簇具有比单质团簇更好的导电性.     

(PbSn)n (n=1~10)合金团簇稳定性及金属性的理论研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理研究了合金团簇(PbSn)n (n=1~10)的稳定性及金属性。结果显示：同比例铅锡合金团簇具有与单质铅、锡团簇相同的幻数尺寸,但结构特点却与单质团簇不同,铅、锡原子间首先各自形成单质团簇,然后再结合成合金团簇,且表现出松散型与密堆积型的有机结合。另外,(PbSn)n (n=1~10)团簇构型在N=14处发生突变：类似于密堆积构型向层状转变,同时HOMO-LUMO能隙具有先增大后减小的趋势,并出现微弱的半导体向金属转变的行为,而且团簇原子总数为20的HOMO-LUMO能隙较相同尺寸单质团簇的还低,说明合金团簇具有比单质团簇更好的导电性。     

(CuSe)_n(n=1-10)团簇结构稳定性与磁性的理论研究

本文采用包含广义梯度近似的密度泛函理论对铜、硒二元团簇(CuSe)_n(n=1-10)的结构稳定性与磁性质进行系统的研究,发现:(CuSe)_n(n=1-10)二元团簇的原子总数为8时几何结构出现由平面向立体的转变行为,且Cu3Se3为"幻数"构型.同时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇的平均结合能比同尺寸单质铜团簇的大,因此混合团簇(CuSe)_n(n=1-10)具有比单质铜团簇更强的稳定性;另外,根据(CuSe)_n(n=1-10)团簇的二阶差分能和HOMO-LUMO能隙随尺寸增加的演化趋势可获知,Cu8Se8的结构极其稳定.最后,对团簇磁性的研究发现,铜硒团簇展现出比较特别的磁性,其中,Cu3Se3的总磁矩为3μB,且磁性主要来源于硒原子,而当n=4,6,8和10时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇磁性出现淬灭现象.     

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。     

吡啶-水团簇(C_5H_5N)_n(H_2O)_m(n=1～2,m=1～4)结构和红外光谱的理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对吡啶-水团簇(C5H5N)n(H2O)m(n=1~2,m=1~4)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;计算结果显示,在吡啶和水的二聚体中,稳定构型只有一种,没有发现通过π氢键(O—H…π)作用形成的团簇结构。为了研究各团簇结构的稳定性,在相同的基组水平上计算得到了各团簇构型的总能量和结合能,结果显示,对于团簇(C5H5N)n(H2O)4(n=1~2),团簇中的水分子形成四元环的结构要比形成三元环的结构稳定。对团簇的最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙分析发现,团簇C5H5N(H2O)4的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构;最后,分析讨论了吡啶-水团簇的红外振动光谱,对较强的谱峰进行了指认。     

(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.     

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。     

(LiN3)n(n=1～2)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(LiN3)n(n=1～2)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1～2)团簇中N-N键长在0.1146～0.1203nm之间,N-Li键长在0.1722～0.1987nm之间;团簇中Li原子全部显正电性,越靠近Li原子的N原子负电性越强,在直线构型的N3-离子中,两端的N原子均具负电荷,而中心N原子具正电荷.     

The role of N dopant in inducing ferromagnetism in (ZnO)n clusters (n = 1-16)

The effect of nitrogen doping on the magnetic properties of (ZnO)(n) clusters (n = 1-16) has been investigated using spin polarized density functional theory. The total energy calculations suggest that N is more stable at the O site than at the Zn site in (ZnO)(n) clusters and induces a magnetic moment of 1 μ(B)/N atom. The N-Zn-N configuration is more stable than isolated N for 3D structures. The N dopants do not show any tendency for clustering. The binding energy is found to decrease with the increase in the number of N dopants. The magnetic moment increases gradually with the increase in the number of atoms with 1 μ(B)/N atom for n ≤ 4 and less than 1 μ(B)/N for n > 4. The local magnetic moment is mainly localized at the N site with a small magnetic moment induced at the O site. The presence of a Zn vacancy (V(Zn)) induced an additional magnetic moment of 2 μ(B) on the nearest O atoms. The N dopant prefers to form a N-V(Zn) pair. The combination of N and V(Zn) in 3D structures leads to a total magnetic moment of 3 μB. The Mulliken charge transfers from Zn to N and O in all N doped (ZnO)(n) clusters. The calculated results are consistent with existing experimental and theoretical results.     

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.     

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。     

(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.     

N2O在Yn(n=2-7)团簇表面的自然解离

运用第一性原理，研究了N2O在Yn (n=2-7) 团簇表面吸附机理。结果表明：N2O吸附于 Yn (n=2-7)团簇表面时，不需要克服任何能垒而自然解离。吸附导致了主团簇Y原子平均键长增大,体系表现出了巨大的吸附能 (约为8-10eV)。吸附对体系化学活性的影响具有一定的尺寸依赖性。在所有团簇中，Y6N2O吸附能最大，化学性质最稳定。     

N_2O在Y_n(n=2-7)团簇表面的自然解离

运用第一性原理,研究了N2O在Yn(n=2-7)团簇表面吸附机理.结果表明:N_2O吸附于Yn(n=2-7)团簇表面时,不需要克服任何能垒而自然解离.吸附导致了主团簇Y原子平均键长增大,体系表现出了巨大的吸附能(约为8-10 e V).吸附对体系化学活性的影响具有一定的尺寸依赖性.在所有团簇中,Y_6N_2O吸附能最大,化学性质最稳定.     

AunLa(n=1~8)团簇的密度泛函研究简

采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了Aun La(n=1~8)团簇的几何结构.计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质.结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合.团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好.     

AunLa(n=1-8)团簇的密度泛函研究

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了AunLa (n=1-8)团簇的几何结构。计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质。结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合。团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好。     

V_nB_(8(n+1))~-(n=1-3)团簇的几何结构、电子和光谱特性

基于密度泛函理论和卡里普索结构预测方法,系统研究了V_nB_(8(n+1))~-(n=1-3)团簇的几何结构、电子和光谱特性.首先,利用卡里普索结构预测方法确定了VB_(16)~-的基态结构为高对称性的C_(2v)点群对称结构.在此基态结构基础上,通过堆积的方式优化得到了V_2B_(24)~-和V_3B_(32)~-团簇的基态结构.结果显示,V_2B_(24)~-和V_3B~(32)~-团簇分别拥有高对称性的C_(4h)和D_(8d)点群对称结构.基于上述基态结构,系统分析了不同尺寸团簇的自然布局分布和自然电子组态、Mayer键级和电子局域函数.最后,讨论了不同团簇的红外、拉曼光谱等光谱特性,为过渡金属钒掺杂硼基纳米材料的研究提供理论参考.