单母体遗传算法优化(H2O)n(n≤14)的结构

在传统遗传算法的基础上提出了单母体遗传算法(single-parent genetic algorithm, SPGA)，通过对母体团簇实施两种不同的变异操作对结构进行优化，给出了分子团簇结构优化的算法实现. 结合TIP3P模型势函数，研究了水分子团簇(H₂O)_n(n≤14)的稳定结构. 优化结构和已有理论及实验结果一致. 计算结果表明当n<8时，平均结合能随n增加较快；当n≥8时有小的起伏. n=4,8,10,12的团簇结构具有较高对称性，比较稳定. 关键词： 单母体遗传算法 水分子团簇 结构优化     

混合团簇Cu13-nAgn(n≤13)基态结构的遗传算法研究

在混合团簇基态结构优化的遗传算法方案中增加了交换算子,结合Gupta紧束缚模型势研究了Cu13-nAgn团簇的最低能量结构,选择合适的交换和杂交概率,可有效地提高优化效率,优化结果表明,Cu13和Ag13是全对称的二十面体,n=1～10的混合团簇能形成稳定结构,其构型是在二十面体基础上发生畸变,Cu原子趋于处在团簇中心,随着Ag原子数目的增加,原子间的平均距离单调增加,团簇的结合能单调减小,Cu2Ag11和CuAg12只存在亚稳结构.     

Nin(n=2～20)团簇的结构

使用经验势和遗传算法(Genetic Algorithm),得到了Nin(n=2～20)团簇的平衡结构和束缚能.对于小的团簇(Ni2～Ni6),所得到的结果与基于第一性原理密度泛函的计算相一致.结果表明,团簇的结构不同于块体且随尺度发生引人注日的变化.每原子平均束缚能Eb随尺度单调增长.根据过渡金属团簇表面原子配位数与电离势(IP)的一个解析表达式计算所得的电离势与实验结果基本一致.由基态能量对分裂途径(Fragmentation Channels)的分析表明,失去二聚体(Dimer)在能量上是优先的.同时将计算所得的结构与Nin团簇吸收N2的实验所推得的结构进行了比较.     

Ni_n(n=2～20)团簇的结构

使用经验势和遗传算法 (GeneticAlgorithm) ,得到了Nin(n =2～ 2 0 )团簇的平衡结构和束缚能。对于小的团簇 (Ni2 ～Ni6) ,所得到的结果与基于第一性原理密度泛函的计算相一致。结果表明 ,团簇的结构不同于块体且随尺度发生引人注日的变化。每原子平均束缚能Eb 随尺度单调增长。根据过渡金属团簇表面原子配位数与电离势 (IP)的一个解析表达式计算所得的电离势与实验结果基本一致。由基态能量对分裂途径(FragmentationChannels)的分析表明 ,失去二聚体 (Dimer)在能量上是优先的。同时将计算所得的结构与Nin团簇吸收N2 的实验所推得的结构进行了比较     

(AgBr)n(n≤6)团簇的从头计算研究

利用遗传算法结合经验势对(AgBr)n(n≤6)的稳定结构进行了全面搜索,对较稳定的结构利用DFT方法进行了优化,给出了比文献报道更稳定的结构,并对其电子性质进行了研究.     

(C60)N团簇稳定结构的遗传算法研究

采用Pacheco-Ramalho相互作用势,结合改进的遗传算法研究了(C60)N团簇(N=3～25)的稳定结构与“幻数“序列,并研究了(C60)N 团簇的势能变化.结果表明:团簇的稳定结构与构成团簇的C60分子数目有密切的关系.随着C60分子数目的增大,团簇的稳态结构呈现出由层状变为壳状,然后又转变为层状结构的变化趋势.随着组成C60分子数的增多,团簇中分子的平均势能呈下降的趋势,下降的幅度随着分子数的增大而越来越小.     

Ti_(n-m)Zr_mO_(2n)(n=2-7,0≤m≤n)团簇结构和稳定性研究

应用密度泛函理论中的B3LYP方法对Ti_(n-m)Zr_mO_(2n)(n=2-7,0≤m≤n)团簇的基态几何结构、相对稳定性和电子结构进行了理论研究.结果表明,与桥氧链接的Ti原子被Zr原子取代后形成的混合团簇较为稳定;在团簇尺寸一定的条件下(即n相同),随着Zr原子数m的增加,团簇的结合能基本呈线性增大,团簇的稳定性增强;Ti、Zr、O原子之间发生了电荷转移现象,形成了稳定的Ti-O-Zr键.     

Tin-mZrmO2n(n=2-7，0≤m≤n)团簇结构和稳定性研究

应用密度泛函理论中的B3LYP方法对Tin-mZrmO2n (n = 2-7,0≤m≤n) 团簇的基态几何结构、相对稳定性和电子结构进行了理论研究.结果表明,与桥氧链接的Ti原子被Zr原子取代后形成的混合团簇较为稳定;在团簇尺寸一定的条件下（即n相同）,随着Zr原子数m的增加,团簇的结合能基本呈线性增大,团簇的稳定性增强;Ti、Zr、O原子之间发生了电荷转移现象,形成了稳定的Ti-O-Zr键.     

Rhn(n=2～20)团簇结构和磁特性

使用紧束缚近似多体势和遗传算法,计算了Rhn(n=2 ~20)团簇的基态结构.据优化结构计算了平均键长(-R) ,平均配位数(CN) ,单原子平均束缚能Eb,使用自洽的4d,5s ,5p价电子紧束缚模型,计算了单原子平均磁矩-μn和Rhn(n=15 ,17 ,18 ,19)团簇的总的平均电子态密度.结果初步揭示了小铑团簇结构、电子和磁特性之间的关系.     

理论研究C8H8O-(H2O)n(n=1～5)团簇

应用密度泛函B3LYP/6-31 G(d,p)方法对C8H8O-(H2O)n(n=1~5)团簇这种弱相互作用体系进行全自由度能量梯度优化,得到该系列团簇的稳定结构.计算结果表明,在该系列二元团簇中,一方面水分子数目的多少对苯基丙酮分子的结构影响很小,另一方面由于苯基丙酮分子的存在,破坏了团簇中水分子的对称性结构,在团簇内部极力形成O-H-O这样弯曲的有方向性的氢键.对苯基丙酮-水这样结构复杂的团簇,指认光谱的难度非常大,本文只讨论了与C=O有关的振动峰和水分子的对称伸缩振动的最强峰.     

SinMn (n=2--14) 的结构和电子性质

采用密度泛函理论对SinMn (n=2--14)的几何结构和电子性质进行了研究,结果表明,从Si12Mn 团簇开始,Mn原子陷入了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5,10,12是团簇的幻数,其中Si12Mn团簇是最稳定的;在所研究的团簇中,Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩是最大的(3.923uB);Mn 原子的4s, 3d 和Si原子的3s, 4p的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因;当n ≥7时,SinMn团簇的总磁矩是1 uB.     

Nin(n≤8)团簇的结构

用高斯程序的B3LYP交换相关函数和全电子基组DGDZVP、TZVP优化Ni_n、Ni_n⁺和Ni_n^-(n=2~8),得到这些体系的基态几何构型、离化能、电子亲和能及键能.结果表明:Ni₂,Ni₃,Ni₄,Ni₅和Ni₆团簇的基态分别是5,7,9,11和13重态.表明:Ni₂,Ni₃,Ni₄,Ni₅和Ni₆团簇中分别有4,6,8,10和12个平行自旋的电子,在每一个Ni_n团簇中非耦合的电子最多,这些电子占据不同的轨道,导致每一个Ni_n团簇的能量最小,说明在这些Ni_n团簇中电子平行的效应大于电子耦合的效应,这显然与d电子的离域效应有关,称为自旋极化效应,符合宏特规则.Ni_n、Ni_n⁺和Ni_n^-(n=2~8)体系的磁矩分别是Ni_n具有8μ_B(n=6~8),Ni_n⁺具有9μ_B(n=6~8),Ni_n具有7μ_B(n=4~8).     

Irn(n=2-25)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Irn(n=2-25)团簇的基态结构.分析了Irn(n=2-25)团簇的基态结构随团簇尺寸的变化规律.计算结果表明,Irn(n=2-25)团簇的每个原子的平均束缚能和平均第一近邻随团簇尺寸的增加而增大,以总束缚能的二阶差分为判据,Irn(n=2-25)团簇的幻数是4、7、9、13、15、19、23.     

(CoAl)n (1 ≤ n ≤ 6)合金团簇的结构、稳定性和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似 (DFT-GGA)对(CoAl)n (1≤n≤6)合金团簇的几何、电子结构和磁性进行了系统的研究。计算结果表明(CoAl)n (1≤n≤6)合金团簇在基态附近出现许多能量十分接近的低能量态,有能量简并态存在,表现出经典的过渡金属密堆积结构;同时在(CoAl)5和(CoAl)6团簇中,有磁性双稳态存在。合金团簇的结合能随着团簇尺寸的增大而增大。CoAl团簇获得了最大的带隙,表现出强的化学惰性,带隙在n>3之后出现明显的奇偶变化规律,且整体呈下降趋势,这种现象源于团簇中共价键、离子键的相互竞争。(CoAl)n ( 1≤n≤6)的总磁矩随尺寸大小呈半梯形状的变化趋势,其中CoAl团簇的磁矩为2 μB,(CoAl)2,(CoAl)3 磁矩为4μB,(CoAl)4,(CoAl)5,(CoAl)6 为6μB,这种磁性变化规律在文中也从磁序排列、电荷转移以及自旋极化等方面进行了详细讨论。     

（AgBr）n（n≤6）团簇的从头计算研究

利用遗传算法结合经验势对（AgBr）n（n≤6）的稳定蛄构进行了全面搜索，对较稳定的结构利用DFT方法进行了优化，给出了比文献报道更稳定的结构，并对其电子性质进行了研究。     

氨水团簇H2O(NH3)n(n=1-6)结构的密度泛函理论研究

用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法,对氨水团簇氢键体系H2O（NH_3）n（n=1-6）进行了研究,计算得到了氨水团簇H2O（NH3）n（n=1-6）的各种稳定构型,并对氨水团簇的结构特点做了进一步分析。最后利用二阶差分理论讨论了不同尺寸氨水团簇的生长规律。     

(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3 μB为单元成倍增长, (CoO)5团簇显著降低, 减小至1 μB, (CoO)6团簇又有所增加, 增大至6 μB. (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.     

(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.     

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.     

Cu_n、Ag_n和Au_n(n≤9)团簇的静电极化率(英文 )

采用B3LYP密度泛函的方法计算了Cun,Agn和Aun(n≤9)团簇的静电极化率和极化率的各向异性, 并与Na原子团簇进行比较,结果表明,Cun和Agn团簇的极化率与团簇大小的关系与Na原子团簇类似,而Aun团 簇的极化率有所不同;Au原子的极化率较小,而从Au2至Au7,Aun团簇极化率变化趋势与Cun和Agn团簇相似。 重金属元素团簇的极化率小于Na原子团簇的极化率,具有更加紧致结构。