H2在Li掺杂Al7C+上吸附的理论研究

摘要: 利用密度泛函理论研究了H2分子在Li掺杂Al7C+团簇上的吸附．对于Al7C+团簇,H2分子的吸附能仅为-0.017eV,掺杂Li原子到Al7C+团簇可以明显增强对H2分子的吸附．吸附一个H2分子时吸附能可以达到-0.151eV,吸附四个H2分子的平均吸附能为-0.073eV．根据自然键轨道分析,电荷从Li原子向Al7C+团簇转移,带正电的Li离子极化H2分子并且增强了H2分子与Al7CLi+团簇之间的相互作用．     

H2在Li掺杂Al6Si+上吸附的理论研究

本文利用密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d, p)和组态相互作用的QCISD/6-31G(d, p)研究了Al6Si+和Al6SiLi+团簇的几何和电子结构及其对H2分子的吸附,两种不同方法计算的H2分子在团簇上的吸附能非常一致。H2分子在Al6Si+团簇上的吸附能仅为-0.018 eV,Al6Si+团簇中掺杂Li原子可以明显增强其对H2分子的吸附。Al6SiLi+团簇吸附一个H2分子的吸附能可以达到-0.157 eV,吸附五个H2分子的平均吸附能为-0.088 eV。态密度和自然键轨道分析表明,电荷从Li原子向Si原子转移,H2分子在带正电的Li离子产生的电场中发生极化,从而在静电相互作用下吸附在Li原子周围。     

H_2在Al_nCr(n=1-7)团簇上吸附和解离的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了H2在AlnCr(n=1-7)团簇上的吸附和解离.结果表明:AlnCr团簇结构与Aln+1团簇结构相似;物理吸附是H2以侧向的形式吸附在Cr原子上,H-H键长略微增长,H2的振动频率发生了红移;除了n=5外,其它AlnCr H2团簇的最稳定结构均是AlnCr团簇的最稳定结构与两个氢原子成键而成;AlnCr团簇向H原子转移了电荷;AlnCr H2团簇的平均结合能,垂直电离势和能隙均大于AlnCr团簇的,即AlnCr H2团簇比AlnCr团簇更稳定;Al7Cr对H2的化学吸附表现出较强的惰性,而AlnCr H2(n=1,2,6)则表现出较强的化学活性;由化学反应路径跟踪可知,通过改变AlnCr团簇中Al原子的个数可以调节H2的物理化学吸附行为.     

H+4, H+5和H+7团簇离子的测量和确认

报告了H+4, H+5, H+7等团簇离子的测量结果. 确认可以由H+3与一个或多个H和H2相互作用形成较大的H+4, H+5, H+7等团簇离子.     

钇团簇吸附氢分子的理论研究

运用密度泛函理论,研究了H2分子在Yn (n=1-12)团簇表面的吸附。结果表明：一般情况下,两个H原子倾向于对称地吸附于三个Y原子的面位中央,H-H键断裂,为典型的解离性吸附。多数情况下,H2吸附并未使主团簇基态结构发生明显改变。YnH2体系表现出了较大的的吸附能,且吸附能值随尺寸增加而增大。分裂能和能量二阶差分均随尺寸变化表现出了奇偶振荡效应。Y6H2不仅稳定性最好,而且具有很好的吸附强度,吸附能为3.012eV。     

钇团簇吸附氢分子的理论研究

运用密度泛函理论,研究了H2分子在Yn (n=1-12)团簇表面的吸附。结果表明：一般情况下,两个H原子倾向于对称地吸附于三个Y原子的面位中央,H-H键断裂,为典型的解离性吸附。多数情况下,H2吸附并未使主团簇基态结构发生明显改变。YnH2体系表现出了较大的的吸附能,且吸附能值随尺寸增加而增大。分裂能和能量二阶差分均随尺寸变化表现出了奇偶振荡效应。Y6H2不仅稳定性最好,而且具有很好的吸附强度,吸附能为3.012eV。     

H2在AlnCr(n=1-7)团簇上吸附和解离的密度泛函研究

采用用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了H2在AlnCr(n=1-7)团簇上的吸附和解离。结果表明：AlnCr团簇结构与Aln+1团簇结构相似;物理吸附是H2是以侧向的形式吸附在Cr原子上,H-H键长略微增长,H2的振动频率发生了红移;除了n=5外,其它AlnCrH2团簇的最稳定结构均是AlnCr团簇的最稳定结构与两个氢原子成键而成;AlnCr团簇向H原子转移了电荷;AlnCrH2团簇的平均结合能,垂直电离势和能隙均大于AlnCr团簇的,即AlnCrH2团簇比AlnCr团簇更稳定;Al7Cr对H2的化学吸附表现出较强的惰性,而AlnCrH2(n=1,2,6)则表现出较强的化学活性;由化学反应路径跟踪可知,通过改变AlnCr团簇中Al原子的个数可以调节H2的物理化学吸附行为。     

H2在MgO团簇吸附的从头计算研究

根据最稳定幻数MgO团簇的结构特点,对H₂在岩盐和管状结构(MgO)_9,12表面的吸附性质进行了从头计算研究.结果表明H₂可以在处于团簇不同位置的Mg正离子或氧负离子上发生物理吸附;在Mg离子上H₂以侧位方式吸附并向Mg转移电子,在O离子上H₂以端位方式吸附并被明显极化.吸附的稳定性主要依赖于吸附离子的位置即配位数,Mg/O离子的配位数越低则吸附越强;在配位数相同时,H₂在M 关键词： 团簇 MgO 2吸附')" href="#">H₂吸附 DFT     

H+4团簇离子和它的中性团簇产物H3

报道了关于H+4团簇的实验研究结果,从H+4的分解能谱发现可能存在H3团簇.分析讨论了H+4的形成方式和可能的分解途径.     

NO在金属Be_n(n=2-12)团簇表面的平行吸附

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA),对Be_nNO (n=2-12)团簇进行了构型优化,稳定性和电子性质分析.结果表明:从n=3开始,Be_nNO的基态均为NO分子平行吸附于主团簇Be_n某一表面时形成的,此时N-O键自然断裂(N-O键伸长量均超过了100%),而N端吸附于Be-Be桥位的结构仅是Be_nNO (n=2-12)团簇的一个亚稳态结构.成键性质分析表明,NO平行吸附时,N,O原子倾向于同时吸附于近邻的三个Be原子面位,相应的Be_n团簇表现出了很好的吸附能力.此时N, O原子的sp~3轨道杂化出现的孤对电子对N-O键的断裂产生了重要影响.     

(TiO2)n(n=3-6)团簇吸附水分子的理论研究

给出了优化小分子在团簇表面吸附结构的遗传算法.结合经验势函数,搜寻了水分子在(TiO2)n(n=3-6)团簇上可能的吸附方式;利用B3LYP/6-31G**方法对各种吸附结构进行了优化.结果表明水分子主要通过O原子以非解离方式吸附到团簇中配位数较低或位置比较凸出的Ti原子上.分子轨道分析表明,水分子与团簇之间的成键主要来自吸附位Ti原子3s3p轨道的贡献,水分子的轨道保持了气相水分子中的基本特征,但离域化程度增大.NBO分析表明,Ti原子通过3sp向水中氧原子转移电荷,而水分子又通过轨道离域把电荷反馈到由Ti的3d4s等轨道形成的反键轨道.虽然吸附后水中O,H原子的净电量增加,但O-H键减弱.吸附后水分子的振动频率发生红移.     

H+5团簇离子及其中性团簇产物H3和H4

报道了H+5的实验结果.分析讨论了H+5的形成和分解途径.根据理论分析,以稳定的H+3为核心与一个或多个氢分子结合可能形成稳定的H+n氢团簇离子.另一方面,在高频离子源中, 有发生H+3与H2反应的条件.实验中,从高频离子源引出的离子束被静电加速器加速,然后用90°磁分析器选择质量数为5的离子,再将这些离子偏转20°,最后在20°方向测量它们的能谱.从能谱发现,在高频离子源中可能通过H+3与H2的离子-分子反应形成了H+5团簇离子;并且在H+5的分解产物中还发现可能存在H3和H4等中性团簇产物.     

H+4形成机制的初步研究

利用Penningiontrap存储和累积离子的功能,获得不同延时（即反应时间）的离子谱H+n(n≤4),不仅进一步证实了H+4具有稳定结构的理论预言,而且经分析得出,H+4是经碰撞反应H+2+H2→H+4;H+3+H+H2→H+4+H2产生的。     

LiSrAlF6晶体Cr3+掺杂中心电子结构的研究

使用离散变分方法(DVM)对LiSrAlF6晶体中以Cr3+为中心的多种分子团簇的电子结构进行了计算.主要研究了镶嵌势、团簇大小、基组类型对单电子能量本征值、基态原子轨道特性的影响,给出了使计算结果趋于收敛的基本条件.     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

Y_n(n=2-8)团簇吸附CO_2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论,研究了CO_2在Y_n(n=2-8)团簇表面的吸附结构和电子性质.结果表明:CO2吸附于Y_n(n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型.Y_nCO_2表现出了较大的吸附能(大于3eV).吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应.吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加.在所有尺寸中,Y_4CO_2、Y_6CO_2稳定性最好.     

CO2在中性及带负电Be（n=4, 7, 10, 12, m=0, -1）团簇表面的吸附与解离

运用密度泛函理论,对中性及带负电的BeCO2 (n=4, 7, 10, 12, m=0, -1) 团簇进行了构型优化,稳定性和电子性质分析。结果表明：CO2吸附于Ben和Ben-1团簇表面时,C-O键长均有不同程度的伸长。其中Be4CO2-1,Be12CO2-1中CO2分子的一个C-O键自然断裂(伸长量达到了134%和156%),为典型的解离性吸附。Be团簇表现出了较好的吸附CO2分子的能力,特别是带负电以后,吸附能明显增大(约为3.16eV--5.965eV)。电子性质分析表明,带负电升高了相应团簇的前线轨道能级,使轨道杂化发生在费米能级处附近,从而增强了CO2分子与相应团簇的成键能力。     

H_2~+分子双H核对高次谐波辐射的贡献

理论研究了H_2~+分子双H核对高次谐波辐射的贡献.结果表明:在少周期激光场下,由于激光场的反对称性,负向H核辐射谐波强度高于正向H核.随着激光脉宽增大,激光波形趋于对称,因此导致双H核辐射谐波的反对称结构减小.谐波辐射的时频分析图显示,当激光场为正向时(E(t)0.0),负向H核辐射谐波强度高于正向H核;当激光场反向时(E(t)0.0),正向H核辐射谐波强度高于负向H核.最后,通过分析含时电子波包及H_2~+的缀饰态给出了电子在双H核之间转移的原因.     

吸附氢分子的振动态及熵的计算

用第一性原理方法研究了H_2在(MgO)_9及(AlN)_(12)团簇上的吸附态、振动模式及熵.分析表明,吸附体系的振动中有六个简正模式可归为氢分子的振动;由于氢分子质量很小,零点能修正对吸附能有重要影响.利用振动配分函数计算了吸附氢分子的熵,表明吸附态H_2的熵主要决定于较低的同相振动的频率,并不完全与吸附强度相关;在标准大气压下70—350 K的温度范围内,吸附H_2的熵与气态H_2的熵之间存在很好的线性关系,吸附后H_2的熵减小约10.2R.