计算机模拟原子簇的稳定构型和能量性质

用密度泛函(DFT)方法研究了铜原子簇Cu~n(n=2,3,4,6)的稳定几何构型和电子结构。通过拟合从头算势能面构造铜原子簇势能函数的双体、三体及四体项,并利用该函数和全局优化“Basin-Hopping”算法得到较大铜原子簇(n=13～56)能量极小的结构,计算结果与实验及其它计算结果相一致。     

计算机模拟铌原子簇的稳定构型和能量性质

采用密度泛函(DFT)方法结合全局优化"Basin-Hopping"算法研究了铌原子簇: 对于Nb小簇n＝2～6我们用密度泛函方法计算了它们的稳定几何构型和电子结构, 通过拟合计算结果构造铌原子簇势能函数, 并利用该函数和全局优化"Basin-Hopping"算法得到较大铌原子簇(n＝7～20)能量极小的结构. 计算结果表明与实验及其它计算结果相一致.     

锂原子簇结构的分子力学研究

本文采用包含Axilord—Teller三体势的分子力学方法,计算了锂原子簇的平衡几何构型,结果表明,锂原子簇的势能面上存在一些近简并的结构。但最稳定结构与从头算的结果基本一致,同时对气相原子簇的生长模式、簇尺寸增大原子簇平均结合能的变化进行了讨论。     

溴化银晶体(110)表面上银原子簇的理论研究

本文采用量子化学半经验分子轨道法(CNDO方案),选取了三个晶面层数不同的AgBr晶体模型,对在这些晶体模型(110)表面上的银原子簇Ag_n(n=1,2,3,4)的电子结构及性质以及潜影机理作了量子化学研究。计算结果表明,晶体对银原子簇的性质有很大的影响,Ag₃和Ag₄优先取竖立晶面的结构。并且从Ag₃起,银原子簇的电荷分布成为上正下负的极性体。本文认为,这种极性是潜影的一个重要性质。Ag₃的热稳定性最强,又是银原子簇产生极性的转折点,故Ag₃是形成潜影的最小银原子簇。计算表明,银原子簇的增长是离子步骤先于电子步骤。     

Ni-P非晶态合金中电子转移问题的DFT研究

根据Ni-P非晶态合金结构的短程有序、Ni和P之间具较强化学作用和结构中不存在P-P直接相连的实验事实,选择了Ni~nP(n=1-6)原子簇模型,用密度泛函理论方法对其进行计算。结果表明,在模型体系中,随着P含量的减少,电子转移方向发生变化,P原子由得电子变为失电子。这与Ni-P非晶态合金的实验结果一致,说明Ni~nP(n=1-6)原子簇模型能反映Ni-P非晶态合金的结构特点。     

锡原子簇的结构和相对稳定性

基于从固体锡确立的多体展开势能函数, 采用座标直接优化方法预测了锡原子簇分子(Sn_2-Sn_(300))的结构和相对稳定性, 并用蒙特卡罗方法验证了有关小的原子簇(Sn_2-Sn_(15))的所有结果. 优化结果表明: (1)小的锡原子簇分子(Sn_2-Sn_(15))倾向于密堆积结构, 与锡晶体结构无关; (2)中等大小的簇分子, 如Sn_(47), Sn_(71), Sn_(87)及Sn_(147)等, 则呈α-Sn晶体的畸变结构, 其外围各层原子到中心原子的距离受到压缩, 且某些层被劈裂为两层或多层; (3)随着原子簇尺寸的进一步增大, 结构畸变逐渐减弱, 簇分子的单原子平均结合能缓慢增大, 其外椎值大约在Sn_(740)处趋近于α-Sn的结合能.     

Co-B非晶态合金中电子转移问题的量子化学研究

根据Co-B非晶态结构的短程有序、Co和B之间是较强的化学作用以及化学键理论,设计了ComB2 (m=1～4) 原子簇模型,用DFT方法对其进行高水平的量子化学计算,结果表明,模型体系ComB2 (m=1～4)中, B原子供给Co原子电子,这与非晶态合金的实验结果一致,同时存在B-B直接相连,为了比较,也选择了ConB (n=1～4)模型,计算结果与实验不符,说明ComB2(m=1～4)原子簇模型更能反映非晶态的结构特点.     

具有活性的六核锇排状原子簇的合成、结构和反应性能研究

本文报道六核锇排状平面原子簇的合成和活化。三核锇活性原子簇[Os_3(CO)_(10)(MeCN)_2]在PdCl_2催化作用下发生偶联反应,生成具有活性的六核锇排状原子簇[Os_6(CO)_(20)(MeCN)]和[Os_6(CO)_(19)(MeCN)_2]。用氧化三甲胺(Me_3NO)对活性原子簇中羰基配位基进行多重活化,获得一系列具有活性的六核锇排状原子簇[Os_6(CO)_(21-n)(MeCN)_n](n=1—5)及其相应的配位体取代反应产物[Os_6(CO)_(21-n)(P(OMe)_3)_n](n=1—5)。并通过红外光谱、核磁共振波谱和质谱等数据对上述排状原子簇进行结构表征,同时就其排状平面结构和反应性能特点进行讨论。     

Ni-B非晶态合金局域结构和电荷转移性质的理论研究

根据非晶态合金结构的短程有序、Ni和B间存在较强的化学作用、结构中存在B－B键直接相连的实验事实,选择Ni~mB~2(m=1,2,4)原子簇作为非晶态局域结构的计算模型。考虑原子簇间的相互作用,又对[Ni~4B~2]~n(n=1,2,5,7)簇团进行了系统计算。结果表明在所选Ni-Br的簇模型中,都是B原子提供电荷给Ni原子,这些均与非晶态合金实验结果和一些理论计算结果相符。簇团的计算结果还表明,小原子簇Ni~4B~2内原子间存在较强的化学键作用,而簇间的相互作用相对较弱,很容易造成对称性破缺而导致产生长程无序,因此Ni-B非晶态可以被看成是由大量i上原子簇无序堆砌成的,这一点也同实验事实相吻合。计算结果也表明我们前面工作中所取的和最常见的Ni-B非晶态合金Ni~6~4B~3~6有相似组成的Ni~4B~2原子簇模型能在一定程度上反映Ni-B非晶态合金的局域结构特征。     

多体展开势能函数在碳族元素原子簇研究中的应用(Ⅳ)──Si9─Si16原子簇的分子结构与稳定性

多体展开势能函数研究表明,Si₄-Si₁₆原子簇分子间的结构衍生关系为:依次增加一个二配位或三配位的表面原子,分子表面被四元蝶形环Si₄(D_2d)所覆盖;Si_n(n=5-16)结构中多含有Si₅(D_3h)、Si₆(D_2d)区域结构单元,笼状Si₁₀及Si₁₆的表面原子均为三配位或三配位以上,预计Si₅、Si₆、Si₁₀及Si₁₆是硅原子簇碎片化产物分布中丰度较高的序列;在这一范围内的分子结构呈与晶体硅结构(金刚石)无关的密堆积,最高配位数为5,在小于半球的立体角内形成六配位的硅中心,使该簇合物在能量上不稳定。     

基态XO~（n＋）（X=Ru,Rh,Pd;n=0,1）的势能函数和第一垂直电离势

运用原子分子反应静力学原理推导出XOn+(X=Ru,Rh,Pd;n=0,1)的基态电子状态及离解极限.运用密度泛函的B3P86方法和LANL2DZ赝势基组及aug-cc-pVTZ全电子基组,对XOn+X=Ru,Rh,Pd;n=0,1)体系进行计算,获得了这些分子及其离子基态的Murrell-Sorbie解析势能函数.同时计算了XOn+(X=Ru,Rh,Pd;n=0,1)的光谱数据,计算了XO(X=Ru,Rh,Pd)中性分子的第一垂直电离势.     

多体展开势能函数在碳族元素原子簇研究中的应用 Ⅲ.锗原子簇的结构和相对稳定性

基于从晶体锗确立的多体展开势能函数,本文通过坐标完全优化,发现小的锗原子簇分子(Ge_2—Ge_(14))倾向于形成密堆积结构,表面原子分布以蝶形四元环(D_(2d))为主;常见立方晶体“微观晶体碎片”的分层优化结果表明,在Ge_(15)～Ge_(100)范围内,多数壳层的原子到分子中心的距离均受到压缩,且以畸变的简单立方、面心立方及体心立方较为稳定;在这些畸变密堆积结构中,表面原子向内压缩最为严重,使整个分子趋于球形化.较为开放的金刚石类层状原子簇只有当所含原子数达数百以上时才可能相对更为稳定.     

Pbn(n=2～30)团簇结构及铅晶体表面过程的计算机模拟

本文作者近年来采用Murrell等提出的有效的二体加三体展开势能函数(effective two-plus-three-body potential energy function)研究过Sin[1]、Gen[2]及Xn[3](X=Li,Na,K等)等微团簇的结构和相对稳定性,并提出笼状锗结构预测[4].本文试图将这一具有简单解析形式的势能函数模型推广到Pbn团簇及面心立方晶体铅表面过程的计算机模拟.     

基态XOn+(X=Ru,Rh, Pd|n=0, 1)的势能函数和第一垂直电离势

运用原子分子反应静力学原理推导出XOn+(X=Ru, Rh, Pd; n=0, 1)的基态电子状态及离解极限. 运用密度泛函的B3P86方法和LANL2DZ 赝势基组及aug-cc-pVTZ全电子基组, 对XOn+(X=Ru, Rh, Pd; n=0, 1)体系进行计算, 获得了这些分子及其离子基态的Murrell-Sorbie解析势能函数. 同时计算了XOn+(X=Ru, Rh, Pd; n=0, 1)的光谱数据, 计算了XO(X=Ru, Rh, Pd)中性分子的第一垂直电离势.     

PF(X~3∑~-)的结构、势能函数与光谱常数

运用多种方法、多种基组对PF(X3∑-)的平衡结构进行优化计算.用QCISD/6-311G(df)方法得到的平衡结构为RPF=0.158 9 nm,与实验值RPF=0.158 97 nm进行比较,最为接近,得出QCISD/6-311G(df)基组为最优基组;然后对PF(X3∑-)进行单点能扫描计算,用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数,得到相应电子态的势能函数解析式,由势能函数计算了与PF(X3∑-)态相对应的光谱常数,结果与实验数据较为一致.这些数据为反应动力学提供了理论依据.     

LaH2分子基态（C2V,X2A1）的势能函数

在QCISD水平上基于相对论紧致有效势（RCEP:Relativistic Compact Effective Poten-tial)方法优化出的LaH2分子的基态为C2v(X2A1)构型,其∠HLaH=124.4°、平衡核间距Re=2.1945A和离解能De=5.599eV,并计算出谐振频率：v1=1216.521cm-1、v2=1087.417cm-1和v3=2156.9572cm-1。在此基础上,应用多体项展式理论,导出了基态LaH2的分析势能函数,该势能表面准确地再现了LaH2(C2v)平衡结构,并根据势能函数等值图讨论了H+LaH反应和La+H2反应的势能面静态特征,结果表明在La+H2通道上存一个能垒为1.6eV的鞍点,而H+LaH反应通道是无阈能的。     

原子簇模型晶体带隙的计算

本文以金刚石的原子簇模型化合物MC_4H_(12)为例,使用CNDO、INDO、MNDO(对M=C)和ab initio(对M=C,B,N)方法,对原子簇模型晶体带隙和电子结构进行了计算。将原子簇模型的晶体带隙定义为原子簇体系的激发能,其结果普遍地比基态的前线轨道处理法要好得多。另外,还对C_5H_(12)分子的光电子能谱以及N杂质引起的晶格畸变和顺磁共振实验结果作了合理解释。     

碱金属原子簇的结构和稳定性

基于从体心立方碱金属晶体优化确立的多体展开势能函数，本文通过坐标优化研究了碱金属原子簇Ｘｎ（Ｘ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ）的结构和稳定性。发现：（１）Ｘｎ原子簇（ｎ＝４－２１）倾向于形成畸变四面体结构单元，（Ｔｄ）的密堆积，分子表面被三元环（Ｄ３ｈ）所覆盖，其中Ｘ７－Ｘ１５最优化结构中包含五角双锥Ｘ７（Ｄ５ｈ）结构单元，具有区域五重对称轴；（２）“微观晶体碎片”的分层优化结果表明，体心立方、面心     

二氧化钚分子的多体展式势能函数

从导出基态PuO2分子的电子状态X5Σ g正确地判断其离解极限出发,采用MP2方法,应用相对论有效原子实模型(RECP)优化出PuO2(X5Σ g)分子稳定构型为线性OPuO(D∞h),其平衡核间距Re=0.18004nm.同时也计算出振动频率,并优化出存在亚稳态的Pu-O-O(C∞v)构型.使用多体项展式理论方法,导出了基态PuO2分子的分析势能函数.该势能表面准确地再现了O-Pu-O(D∞h)平衡结构和亚稳态的Pu-O-O(C∞v)构型.然后根据势能函数等值图讨论了O(3Pg) PuO反应的势能面静态特征.     

应用ABEEM/MM力场探究Na~+与氮-甲基乙酰胺及水的相互作用

应用量子化学方法 MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d,p)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM),对[Na(H_2O)n]+(n=3～8),[Na(NMA)n]+(n=3～8)和[Na(NMA)n(H_2O)m]+(n+m=4,6)(NMA=氮-甲基乙酰胺)体系的结构、结合能和电荷分布进行研究.在计算结果的基础上,构建上述体系的ABEEM/MM可极化势能函数,优选并确定相关参数.结果表明,ABEEM/MM的计算结果与量子化学的计算结果相符:Na+与配体间距离的平均绝对偏差(AAD)小于0. 007 nm,相对均方根偏差(RRMSD)小于3. 5%,夹角的AAD小于2. 4°,RRMSD小于2. 0%,结合能的AAD小于8. 9 k J/mol,RRMSD小于12. 4%;ABEEM/MM电荷分布与量子力学(QM)电荷分布的线性相关系数在0. 97以上.