TixNy团簇结构的密度泛函研究

采用杂化密度泛函方法(B3LYP)和有效核势基组预测了Ti_xN_y (x≤3, y≤2)团簇的结构及稳定性, 并分析了可能存在构型的电子结构. 结果表明Ti₂N中体系的自旋多重度由Ti原子决定. Ti₃N中随着N的配位数增加, N的负电荷增加, 平均每个Ti向N提供约0.3个电子. 从Ti₂N₂可能稳定构型分析, 成键数目越多, 能量上越有利, 且Ti—N键的数目的增加, 将削弱N—N间的成键.     

钙钛矿型LaxSr1－xNi1－yCoyO3光电催化活性研究

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法, 制备La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末, 对钙钛矿氧化物进行了XRD结构分析. 在通氧或不通氧下测试氧还原和氧析出的循环伏安曲线. 结果表明: 该氧电极具有双功能催化特性, 但不完全可逆. 利用汞灯作为激发光源, 进行几种水溶性染料和五种混合染料光解实验, 利用紫外-可见、红外以及人工神经网络光度法研究La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的催化性能. 结果表明: La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃ (x＝0.7, 0.9, 1; y＝0.3, 0.75)复合氧化物都具有较强光催化特性; La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的光催化活性高于La_xSr_1－xNiO₃, 这与B位离子(Ni^2—, Co^2－)的电子构型有关; Co^2＋的加入可使La_xSr_1－xNiO₃的光催化活性有所提高.     

GamN (m＝1～9)团簇结构与稳定性的量子化学研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-31G*水平上对Ga_mN (m＝1～9)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了理论研究. 给出了将Ga_mN团簇中化学键键型和成键数目的多少与团簇的稳定性相结合, 可以较快找到Ga_mN团簇基态结构的一种方法. 通过对基态结构的能量二次差分讨论, 得到m为奇数的Ga_mN团簇比m为偶数的稳定.     

Ce1－xNdxO2－δ固溶体的电子顺磁共振谱和阻抗谱的研究

利用溶胶-凝胶方法在800 ℃焙烧10 h后, 合成了固溶体Ce_1－xNd_xO_2－δ (x＝0.05～0.55), X射线衍射(XRD)测试表明固溶体已经形成立方萤石结构; 电子顺磁共振谱(EPR)研究表明在固溶体Ce_1－xNd_xO_2－δ中随着掺杂量x的增大, Ce^3＋离子含量减少, 说明掺杂Nd^3＋离子可以抑制Ce^4＋的还原; 交流阻抗谱的测量表明固溶体Ce_0.9Nd_0.1O_2－d 具有离子导电特性, 600和700 ℃时的电导率分别为4.25×10^－3和1.12×10^－2 S•cm^－1, 活化能为0.68 eV.     

(GaP)n和(GaP)n－ (n＝10～16)团簇的结构与稳定性研究

采用密度泛函理论B3LYP/Lanl2dz方法对(GaP)_n和(GaP)_n^－ (n＝10～16)团簇的一系列异构体的结构和稳定性进行了研究. 讨论了中性团簇得到一个电子之后, 几何结构和电子性质的变化. 频率分析预测出最强吸收峰位于341～390 cm^－1区域. 从能隙、结合能和能量二次差分等方面综合考虑, 具有T_h对称性的(GaP)₁₂和(GaP)₁₂^－分别是中性(GaP)_n和阴离子(GaP)_n^－团簇中最稳定的, 而具有T_d点群结构的(GaP)₁₆也比较稳定, 究竟哪种结构易于合成还有待于实验的进一步证实. 在相同理论水平上计算了基态(GaP)_n (n＝10～16)的绝热电子亲合势(AEAs)及其基态阴离子的垂直电离能(VDEs), 这对以后的实验数据分析将有一定的参考价值.     

稀土钠钨青铜化合物NaxLayWO3结构与导电性的理论研究

使用密度泛函理论研究了稀土钠钨青铜化合物的结构和导电性质. 在实验晶体结构数据的基础上构建Na_xWO₃和Na_xLa_yWO₃的模型分子, 优化其几何结构, 并与实验值比较. 在此基础上计算了化合物的能带结构和电子能态密度. 通过这些研究探讨当La^3＋取代Na_xWO₃的中心Na^＋后对结构和导电性的影响. 计算结果表明La^3＋的取代并没有改变结构的空间对称性, 但却使晶格参数和体积略有增大; 取代使电子结构发生了变化, 在费米面附近, 能带相互交叠更加密集, 电子出现的几率增加, 从而增加了其导电性. 这可能是掺杂后La^3＋的4f和5d电子的贡献使电子轨道杂化作用增强, 电子云密度分布重排的结果.     

直接Z型Zn2SnO4-xNx/ZnO1-yNy异质结光催化剂的制备及机理

采用微波溶剂热法成功制备直接Z型Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y核壳结构异质结光催化剂。2种物质不同的功函数改变了其表面电荷密度,并在界面处形成内建电场,导致其从传统的Ⅰ型镶嵌异质结转变为Ⅱ型异质结,再转变为Z型异质结构。N杂质原子替代O原子进入Zn_2SnO_4和ZnO的晶格,在两者的价带(VB)顶部形成双杂质能级。核壳结构的Z型异质结光催化剂对罗丹明B的降解速率为纯相Zn_2SnO_(4-x)N_x的1.40～1.43倍,同时具有良好的循环稳定性,且可以降解亚甲基蓝、甲基橙、水杨酸等污染物。Z型异质结的形成使其光生电子-空穴对具有较强的氧化还原能力,而双杂质能级的存在可以拓宽其光响应范围并提高载流子的分离效率。因此,Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y异质结光催化剂高的光催化活性归因于Z型异质结和双杂质能级的协同作用。     

B离子掺杂TiO2催化剂(TiO2－xBx)光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO₂和TiO_2－xB_x催化剂. 光催化实验证明, TiO_2－xB_x催化剂的紫外、可见光催化活性均高于TiO₂. XRD, XPS和Raman结果表明, B离子是以取代式掺杂占据了TiO₂的O^2－的晶格位置. UV-Vis和PL谱的结果表明, B离子的2p轨道与O的2p轨道形成混合价带, 产生可见光响应, B离子的掺入有效地阻止了光生载流子的复合, 促进了其分离, 是TiO_2－xB_x催化剂紫外、可见光催化活性提高的主要原因.     

纳米Ce1—xMnxO2催化剂上乙醇催化氧化发光研究

研究了纳米Ce_1—xMn_xO₂上乙醇催化氧化发光特性, 重点考察了反应温度和催化剂组成(Ce/Mn比)对发光强度的影响规律. 为研究催化发光机理, 在相近的反应条件下考察了纳米Ce_1—xMn_xO₂上乙醇催化氧化反应的活性和选择性. 结果表明: 催化发光强度与催化反应中生成CH₃CHO的产率有很好的顺变关系, 表明CH₃CHO是导致C₂H₅OH分子在纳米Ce_1—xMn_xO₂催化剂上氧化发光的“活性分子”.     

碱土金属叠氮化合物(MgN_6)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(MgN6)n(n=1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究。结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,MgN6团簇最稳定结构为直线型;(MgN6)2团簇最稳定结构为Mg2N2四元环平面结构;(MgN6)n(n=3～5)团簇最稳定结构是由2个叠氮基与2个Mg原子首先构成近似菱形,再由近似菱形延伸形成的链状结构。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Mg直接作用的N原子负电性更强,金属Mg原子和N原子之间形成很强的离子键。(MgN6)n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分,其最强振动峰均位于2209～2313cm-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,(MgN6)3和(MgN6)5团簇相对于其他团簇较为稳定。     

过渡金属混合簇Nb2Rh2的密度泛函研究

采用密度泛函方法(DFT)研究了过渡金属混合簇Nb_mRh_n (m, n≤2) 的结构、稳定性规律及它们的成键情况. 结果表明, Nb—Nb键较强, Rh—Rh键较弱, 而Nb—Rh键的强度则介于两者之间. 在Nb₂Rh₂直线和折线构型中, 金属键有强弱交替的现象. Nb₂Rh₂的各种构型在自旋多重度较小时稳定.     

O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.     

Oxynitride perovskite LaTiOxNy thin films deposited by reactive sputtering

This paper reports on the first study of structural and optical properties of reactively RF-sputtered lanthanum titanium oxynitride thin films using an original oxynitride LaTiO₂N target and an argon–nitrogen mixture as reactive plasma. The depositions were carried out by varying the process parameters such as RF power, total pressure, argon and nitrogen rates and substrate temperature. Wavelength dispersive spectrometry (WDS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and UV–visible spectroscopy show that titanate lanthanum oxynitride compounds can exist as a domain composition, LaTiO_xN_y. Films prepared in pure argon are oxide films, transparent, amorphous and insulating. Polycrystalline and [001]-textured oxynitride thin films, with different nitrogen contents, can be deposited on SrTiO₃ substrates, depending on the sputtering conditions. As expected, the introduction of nitrogen in the coatings leads to a band gap narrowing. Oxynitrides' thin films are thus coloured and semiconductive.     

固—液界面阴离子集团构型的密度泛函理论研究

通过键合不同数量的H2PO4^-离子构造了H4P2O8^2-和H4P4O16^8-两种阴离子集 团。利用密度泛函理论对它们的构型进行优化并计算其振动频率和喇曼散射效率。 测量了固—液界面边界层的喇曼光谱并与理论计算结果进行对比分析，进一步研究 了阴离子集团的结构、聚合及脱水等过程。实验和理论研究均表明阴离子二聚体是 KDP晶体的生长基元，他们在固液界面将进一步形成多聚体分子集团，而离子集团 的脱水过程则发生在距KDP晶体表面约50μm的固—液界面边界层中。随着生长层向 界面的推进，这些分子集团将变得越来越有序。本文的研究结果对确定晶体生长界 面动力学过程、发展和完善晶体生长理论有重要意义。     

Density Functional Theory Study of Structure and Electronic Properties ofMgBen (n=2-12) Clusters

Determinations of the lowest energy structures and electronic properties of MgBen (n=2-12) clusters werecarried out by using density-functional theory. It was found that MgBe3 and MgBe9 clusters with higherbinding energy and larger HOMO-LUMO gap are more stable than the neighboring clusters. The electronicproperties from van der Waals to covalent and bulk metallic behavior in MgBen (n=2-12) clusters arediscussed with the evolution of the size, and the data indicates Magnesium-doped Beryllium clusters alreadyearly appear some metallic-like features than host Ben clusters. By analyzing electronic properties of MgBen(n=2-12) clusters, it can be concluded that Mg-doped reduces the stabilities of Be clusters.     

1,2,4-三氮杂苯-(H2O)n复合物氢键相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31++G**水平上对1,2,4-三氮杂苯-(H₂O)_n (n＝1, 2, 3)氢键复合物的基态进行了结构优化和能量计算, 结果表明复合物之间存在较强的氢键作用, 所有稳定复合物结构中形成一个N…H—O氢键并终止于弱O…H—C氢键的氢键水链的构型最稳定. 同时, 用含时密度泛函理论方法(TD-DFT)在TD-B3LYP/6-31++G**水平上计算了1,2,4-三氮杂苯单体及其氢键复合物的单重态第一¹(n, π^*)垂直激发能.     

Density Functional Theory Study of HCN Adsorption on Small Gold Clusters

A theoretical study was carried out on the adsorption of hydrocyanic acid on small Aun （n ≤ 7） clusters using density functional methods. For HCN adsorption on gold clusters, no dependence was found with respect to the even-odd alternation in relation to the number of gold atoms in the cluster. The HCN molecule is adsorbed at simple adsorption sites （1-fold coordination）, perpendicular to the adsorption site. The largest adsorption energy is only about 74.61 kJ·mol^-1, which indicates that the HCN molecule does not decompose and the C-N bond retains triple bond, and that the C-H and C-N stretching frequencies are only weakly perturbed. The adsorbed C-N and C-H stretching frequencies are blue- and red-shifted compared with the values of free HCN, respectively.     

Theoretical Study on the Electronic Structures of Small TinNm （n ＋ m = 5, 6） Clusters

45 isomers of TinNm （n ＋ m = 5, 6） clusters, including linear, some planar and some stero configurations, have been predicted by density functional theory method. For five-atom clusters Ti3N2 and Ti2N3, the most stable structures are trigonal bipyramid in D3h symmetry, and for TiaN cluster, the isomer with one nitrogen atom occupying the center of quasi-tetrahedron is the most stable. In the isomers of Ti4N2 and Ti3N3, the planar networks are more stable, but for Ti2N4, the six-membered ring configuration is the most favorable. Most linear structures can form weak-strong bonds alternately with higher energy. As regards to planar structures, the more Ti-N bonds are formed, the more stable they will be; for stero closed polyhedral isomers, their energies are lower.     

过渡金属纯簇和混合簇的密度泛函研究:Nb4,Co4和Nb2Co2

用密度泛函方法对过渡金属双原子Nb₂,Co₂和NbCo的电子态进行研究,得到三者的基态分别为³∑_g^-,⁵∑_g⁺和³△.并以此为基础,讨论四核簇Nb₄,Co₄和No₂Co₂的成键情况,发现稳定的单金属簇Nb₄具有高对称性的密堆结构,稳定的Co₄具有低对称性的变形封闭结构,两者都是典型的金属键;而Nb₂Co₂在封闭式结构中是一般的金属键,在线形结构中有强弱交替的定域键,Nb原子易相互靠近成键,Co原子趋于远离不成键.三种团簇的多重度以Nb₄＜Nb₂Co₂＜Co₄顺序依次升高.     

正、负和中性TiP10团簇结构与电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了正、负和中性TiP10团簇的几何构型和电子结构. 计算结果表明, 中性TiP10团簇的基态构型为金属夹心结构, 正、负离子团簇同样具有该基态稳定结构. 通过对基态稳定结构的分子轨道分析表明, δ键对形成夹心结构起到重要作用. 理论计算得到的中性TiP10团簇的垂直和绝热电离能分别为7.84和7.68 eV, 垂直和绝热电子亲和势分别为3.18和3.35 eV.