内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO₂的晶胞参数，能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO₂属于间接带隙半导体材料，其间接禁带宽度(Γ→X)E_g为2.07eV，比常见的金红石和锐钛矿TiO₂的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质，利用Kramers-Kronig色散关系，分别对萤石和金红石TiO₂的复介电常数、吸收率等参数进行了计算，并将二者结果做了     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.     

镧掺杂对锐钛矿TiO2电子结构与光催化活性影响的第一性原理研究

基于DFT+U方法,对镧掺杂锐钛矿TiO₂及其氧空缺的稳定性以及对电子结构、光催化性质的性质进行了第一性原理研究．计算结果表明掺杂浓度和位置对结构稳定性的影响机制符合鲍林规则;结合晶体场理论和结构形变以及态密度的分析发现镧掺杂对带隙的调制不是通过掺杂带的引入,而是由结构形变决定．吸收光谱的模拟结果显示通过镧掺杂会提高可见光的吸收效率,和实验结果吻合．对氧空缺的后续研究表明氧空缺的存在会增强镧掺杂锐钛矿TiO₂的稳定性,提高其光催化活性．     

第一性原理模拟U在Gd2Zr2O7烧绿石中的固溶

采用第一性原理密度泛函理论模拟U在Gd₂Zr₂O₇烧绿石中的固溶,在低浓度U掺杂时,Gd₂Zr₂O₇烧绿石保持烧绿石结构;随着U掺杂浓度增加,Gd₂(Zr_{2-y}U_y)O₇和(Gd_{2-y}U_y)Zr₂O₇体系的晶格常数发生线性变化．计算结果表明,由于总能较低,U原子更偏向于替代无序换位后Gd₂Zr₂O₇晶格中B位的Gd原子．     

脂肪胺水溶液吸收CO2的热力学参数的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究CO₂在脂肪胺水溶液热力学参数．研究的脂肪胺包括烷基胺、链烷醇胺、二胺以及氨基酰胺．在B3LYP/6-311+ G(d,p)水平计算脂肪胺在CO₂气相中的振动频率．通过连续介质模型在HF/6-31G(d)水平计算了溶剂几何优化的标准自由能,评价了CO₂吸收到脂肪胺水溶液过程有关的两个重要参数：酸解离常数和标准焓变二者之间大致呈线性关系．随着胺碱度的提高,CO₂吸收过程释放的热量增加,则胺再生所需的能量增加．     

CaO-Al2O3二元系晶体和玻璃的拉曼光谱研究

实验测定了CaO-Al₂O₃二元系中晶体和玻璃的拉曼光谱,并利用密度泛函理论(DFT)计算了CaAl₄O₇晶体的拉曼光谱活性振动波数和散射活性。结果表明CaAl₄O₇的中波数区(400～700 cm^-1)对应Al-O_b-Al的弯曲振动,高波数区(700～1 000 cm^-1)则对应Al-O_nb的伸缩振动。采用激光悬浮加热装置制备了一系列玻璃样品,对其进行拉曼光谱研究发现,550和780 cm^-1附近观察到两个明显的特征峰,分别对应Al-O_b-Al的弯曲振动和Al-O_nb的伸缩振动。随着CaO/Al₂O₃比例的增加,550 cm^-1特征峰发生蓝移,而780 cm^-1特征峰发生红移,表明复杂网络结构逐渐解聚。此外,随Al<...     

第一性原理计算高压下金红石TiO2的结构不稳定性及热学性质

采用第一性原理计算研究了金红石TiO₂结构在高压下的不稳定性及热力学性质. 计算的高压下结构参数和零压的声子色散曲线与实验数据十分吻合. 进一步模拟了在不同压力下的声子曲线,在压力下,声子曲线不断软化,?点附近的振动频率不断减小直至虚频,意味着结构的不稳定,根据计算的不同压力下的弹性常数获得了其力学不稳定性,结果表明金红石结构TiO₂在压力高于17.7 GPa时变得不稳定. 根据准谐近似,获得了金红石TiO₂结构的热力学性质,计算结果与现有     

过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算, 研究了过渡金属化合物OsB₂和OsO₂的金红石相、黄铁矿相与萤石相三种结构在高压下的状态方程和结构特性以及OsO₂可能的高压相变.理论计算结果支持OsB₂与OsO₂的萤石相是潜在超低可压缩性的硬性材料.同时，也分析了它们的电子结构，力求理解大体变模量和高硬度的微观机制.结果表明，可以利用过渡金属高的价电子浓度，掺入硼、氧、碳、氮等轻的元素形成强的 关键词： 过渡金属化合物 密度泛函理论 低压缩性 高压     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO₂的晶胞参数,能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO₂属于间接带隙半导体材料,其间接禁带宽度(Γ→X)E_g为2.07eV,比常见的金红石和锐钛矿TiO₂的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质,利用Kramers-Kronig色散关系,分别对萤石和金红石TiO₂的复介电常数、吸收率等参数进行了计算,并将二者结果做了 关键词： 2')" href="#">萤石结构TiO₂ 密度泛函理论 能带结构 光学性质     

第三族金属氧化物离子对二氧化碳转化的红外光谱研究

本文利用红外光解离光谱研究了第三族金属氧化物离子对二氧化碳分子的转化机制. 研究表明,对于[ScO(CO₂)_n]⁺体系,在n≤4时,形成了溶剂化结构;在n=5时,形成了碳酸盐结构,实现了二氧化碳的转化. 对于[YO(CO₂)_n]⁺体系,需要4个二氧化碳分子就可以实现二氧化碳的转化. 而在[YO(CO₂)_n]⁺体系中,只发现了溶剂化结构,没有观察到碳酸盐结构. 理论计算表明,[YO(CO₂)_n]⁺体系拥有最小的溶剂化结构向碳酸盐结构转化能垒,[LaO(CO₂)_n]⁺体系拥有最大的溶剂化结构向碳酸盐结构转化能垒. 本文从分子水平揭示了不同金属氧化物离子对二氧化碳分子转化的影响规律.     

Effect of doping MnO2 on magnetic properties for M-type barium ferrite

The crystalline structure and magnetic properties of M-type barium ferrite doped with small amounts of MnO₂ (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, and 2.0 wt%, respectively) have been investigated by means of XRD, SEM and VSM. The results show that the crystalline structures of barium ferrite are still M-type hexagonal structure and Mn ions are distributed homogeneously in both the grains and the grain boundaries. The saturation magnetization and magnetocrystalline anisotropy constants both reach the highest values when x=0.75 wt%. The displacement of Fe ions from 4f₁ to 2b site is mainly responsible for the appearance of the maximum values.     

B12N12纳米笼：潜在的二氧化氮检测传感器

利用密度泛函理论通过计算吸附能量、HOMO/LUMO能隙变化、电荷转移、结构扭曲等研究二氧化氮分子在B12N12纳米笼的吸附．此外,通过计算B₁₂N₁₂的电子结合能、Gibbs自由能、态密度和分子表面的静电势研究其稳定性和其它特性．B₁₂N₁₂纳米笼吸附二氧化氮显示三种构型．B₁₂N₁₂团簇的HOMO/LUMO能隙变化对二氧化氮分子的存在非常敏感,从自由团簇的6.84 eV降为NO₂/团簇稳定团簇的3.23 eV．团簇的导电性被极大地提高,表明B₁₂N₁₂纳米簇可能是潜在的二氧化氮气体分子检测传感器.     

小型二氧化钛团簇(TiO2)n (n=2-8)的低能异构体研究

钛和氧之间存在多种成键方式,但迄今为止,二氧化钛团簇均只有少数几种异构体被报道. 与广泛使用的全局优化方法不同,本工作通过优化大量的随机初始结构,获得(TiO₂)_n (n=2-8)团簇稳定异构体. 首先利用PM6半经验方法对高达一万个以上的初始结构进行初步的优化筛选,并对筛选出的结构进行进一步的DFT计算以获得二氧化钛团簇的稳定异构体. 利用这种策略,发现了大量未经报道的稳定异构体,并提出了(TiO₂)₅和(TiO₂)₈新的最稳定异构体. 这些结构中包括含3个末端氧原子的异构体、含5配位氧原子和6配位钛原子的异构体等未经报道的新结构类型. 与丰富成键特征相对应,发现异构体数目随团簇尺寸的增大而急剧增加,对于(TiO₂)₇和(TiO₂)₈,能量在30 kcal/mol以内的异构体都在50个以上. 该工作发现了大量的二氧化钛小型团簇异构体,并凸显了其多样的结构特征,增进了对二氧化钛纳米团簇的结构、成键的理解,并为进一步的理论模拟、力场优化等提供了理论基础.     

Mg2(BH4)2(NH2)2脱氢机理的理论研究

对Mg₂(BH₄)₂(NH₂)₂的脱氢机理展开系统的理论研究发现相对于分子内的脱氢过程,分子间的脱氢过程在热力学和动力学方面都是比较有利的. Mg₂(BH₄)₂(NH₂)₂脱氢过程的第一步是BH₄^-中的B-H^δ-和NH2-中     

BH2和AlH2分子的结构及其解析势能函数

运用二次组态相关(QCISD)方法，分别选用6-311++G(3df,3pd)和D95(3df,3pd)基组，对BH₂和AlH₂分子的结构进行了优化计算，得到BH₂分子的稳态结构为C_2v构型，电子态为²A₁、平衡核间距R_BH=0.1187nm、键角∠HBH=128.791°、离解能D_e=3.65eV、基态振动频率ν₁(a₁)=1020.103cm^-1,ν₂(a₁)=2598.144cm^-1,ν₃(b₂)=2759.304cm^-1.AlH₂分子的稳态结构也为C_2v构型，电子态为²A₁、平衡核间距R_AlH=0.1592nm、键角∠HAlH=118.095°、离解能D_e=2.27eV、基态振动频率ν₁(a₁)=780.81cm^-1,ν₂(a₁)=1880.81cm^-1，ν₃(b₂)=1910.46cm^-1.采用多体项展式理论推导了基态BH₂和AlH₂分子的解析势能函数，其等值势能图准确再现了BH₂和AlH₂分子的结构特征及其势阱深度与位置.分析讨论势能面的静态特征时得到BH+H→BH₂反应中存在鞍点，活化能为150.204kJ/mol；AlH+H→AlH₂反应中也存在鞍点，活化能为54.8064kJ/mol. 关键词： 2')" href="#">BH₂ 2')" href="#">AlH₂ Murrell-Sorbie函数 多体项展式理论 解析势能函数     

理论研究二氧化碳在有机吸收剂1，3-二苯胍中的氢键相互作用

如今碳捕获和储存技术已得到了迅速发展以减少对环境的二氧化碳排放. 研究发现胺基有机分子溶剂能有效地吸收二氧化碳,并通过氢键和二氧化碳形成的碳酸氢盐相互作用. 最近,实验报道了一种1,3-二苯基胍溶液,在室温条件下能捕获环境中的二氧化碳并将其转化为有价值的化学品. 然而,1,3-二苯基胍分子在溶液状态下如何与二氧化碳相互作用的机理仍不清楚. 在这项工作中,利用分子动力学方法模拟研究了溶液相中1,3-二苯基胍分子与二氧化碳的复杂作用细节. 模拟结果表明,质子化的1,3-二苯基胍分子和碳酸氢根离子倾向通过不同的双氢键模式作用形成稳定的复合物. 精确的密度泛函方法计算表明,这些双氢键复合物在热力学上相当稳定. 本研究有助于理解溶液相中1,3-二苯基胍分子中催化转化二氧化碳的机理.     

H3PAuPh与(H3PAu)2(1,4-C6H4)2光谱性质的密度泛函研究

用密度泛函(DFT)方法优化了配合物H₃PAuPh(a),(H₃PAu)₂(1,4-C₆H₄)₂(b)的基态的几何结构,并用含时密度泛函方法计算了它们的吸收光谱.结果表明配合物a与 b的最低能量吸收谱线的波长分别为257.5 nm和307.6 nm,皆具有C(2p)→Au(6p)电荷转移参与下的p_π 关键词： 激发态 光谱 密度泛函 3')" href="#">AuPH₃