Au_(5~25)Pd团簇结构与性质的理论研究

用basin-hopping算法结合密度泛函PBE方法系统搜索了Au5~25Pd团簇的全局稳定结构,并对团簇几何结构,稳定性,Fermi能级,化学硬度和前线轨道进行了分析。计算结果表明,Au5Pd,Au7Pd和Au11Pd团簇为平面结构,其他团簇均为立体结构,与相同原子数纯金团簇结构类似。所有团簇中,Pd原子均位于配位数较高位置。团簇平均结合能随金原子数增大而逐渐增大,并有收敛到某点的趋势。偶数金原子团簇较相邻的奇数金原子团簇稳定。团簇的Fermi能级随团簇增大呈奇偶振荡,偶数金原子团簇的Fermi能级较相邻奇数金原子团簇的低,与金团簇Fermi能级变化类似。Au7Pd,Au12Pd,Au16Pd和Au18Pd团簇化学活性较高。Au5~19Pd团簇中Pd原子优先与CO,烯烃,炔烃等分子形成配位键。CO等小分子仍然吸附到Au20~25Pd团簇的顶点或面中心的金原子。     

Pdn(n=1-7)团簇及其与甲烷相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 对Pdn(n=1-7)团簇的几何结构、振动频率及其与甲烷分子间的相互作用进行了理论研究. 结果表明, 随着Pd原子数增多, 团簇结构对团簇大小的依赖性减弱, 结构参数向金属晶体趋近. 在Pdn(n=1-7)团簇上, 甲烷的表面吸附作用较弱. Pd2CH4中, 甲烷受到两个Pd原子的活化作用, 活化程度增强, 吸附能增大. 在PdnCH4 (n=1, 3-7)体系中, 甲烷的吸附能随着团簇模型的增大而减小, 趋近于其在金属晶面上的吸附能.     

金钯二元小团簇的几何结构与电子性质

在UBP86/LANL2DZ和UB3LYP/def2-TZVP水平下详细研究了AumPdn(m+n≤6)团簇的几何结构和电子性质.阐明了团簇的结构特征、平均结合能、垂直电离势、垂直电子亲和能、电荷转移以及成键特征.除单取代混合团簇(AunPd和AuPdn,n=5或6)外,五和六原子混合团簇中钯原子趋于聚集到一起形成Pdcore,金原子分布在Pdcore周围形成PdcoreAushell结构.含一个和两个钯原子团簇的电子性质与纯金团簇类似,呈现一定奇偶振荡.混合团簇的电子性质,如最高占据分子轨道(HOMO),最低未占据分子轨道(LUMO),垂直电离势,垂直电子亲和能,Fermi能级和化学硬度等均与团簇空间结构和金、钯原子数之比直接相关.混合团簇中存在钯原子到金原子间的电荷转移,表明团簇中存在明显金钯间成键作用.分析团簇的电荷分布、前线轨道和化学硬度表明,金钯混合团簇对小分子如O2、H2和CO等的反应活性要强于纯金团簇.     

Au@Gen (n=2-9)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文选用密度泛函B3LYP方法在Lan L2DZ基组上对Au Gen+(n=2~9)团簇的几何结构和电子性质进行了理论研究,其中包括结构优化、平均键能、HOMO-LUMO能隙和电荷转移等。结果表明,随着锗原子数的不断增加,这些掺杂团簇逐渐形成了三维立体结构,并发现Au Ge7+和Au Ge9+两个掺杂团簇是相对稳定的,而且这些掺杂团簇的电荷转移主要是由金原子到锗原子骨架上。此外,还模拟了这些掺杂团簇的红外光谱,为以后实验研究提供有价值的理论参考。     

银团簇结构与特性的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟了银团簇的结构与力能学.计算模拟中使用了一种基于第一性原理的原子间互作用多体势函数.通过分子动力学模拟确定了银微团簇(原子个数3～13)的稳态结构;模拟了原子个数为13～141的银FCC晶体结构理想球形团簇的力能学,发现球形银团簇形成三雏紧密结构;计算了平均结合能,给出了结合能随团簇原子数N的变化图,发现随N增大团簇结合能逐渐接近块材的数值.     

CO_xM_(4—x)异金属四面体簇羰基化合物的量子化学研究

本文对十个CO_xM_(4-x)异金属四面体簇合物体系进行了量化计算(DV-X_a方法)。结果表明:CO_xM_(4-x)异金属簇与Co_4四面体簇化学键相似,但其他金属(M)的引入,使四面体簇价带收缩,Co的3d能级展宽,体系费米能级升高。在Co与Fe、Ru等ⅦB族元素形成的双金属簇中,Co在簇中所占比例愈大,贡献的电荷就愈多;而在Co与Mo、W等ⅥB族元素形成的四面体簇中,Mo、W为电荷主要提供者。     

小尺寸金属团簇熔化过程的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了小尺寸金属团簇的熔化过程, 原子之间的作用采用嵌入原子法(EAM)模型, 计算了均方根键长涨落δ随温度的变化, 以及升温过程中团簇热容的变化. 包含55、56个原子的面心立方(FCC)结构Au团簇的熔化过程是基本相同的. 而同样结构和数目Cu团簇的熔化过程却呈现出不同的趋势. Cu55、Cu56在模拟过程中都出现了FCC结构到二十面体结构的转变. 但由于表面多出了一个原子, Cu56的热容曲线比Cu55多了一个峰, 体系出现了预熔化现象. 这表明小尺寸团簇的固液转变的过程与团簇的原子类型、几何结构和原子数目密切相关.     

Pdn(n=2～13)团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法计算并讨论钯原子团簇Pdn(n=2～13)结构模型.通过对钯原子团簇进行几何构型优化和振动频率计算,找出团簇总能量最低的同分异构体.由于Jahn-Teller效应的存在,团簇的最稳定结构采取对称性较低的几何构型.在钯原子数相同时,往往存在多个能量极为相近的稳定构型.单位原子平均静态极化率呈奇偶变化.     

Pd和Hg共掺杂的金属纳米团簇HgPdAu23(PET)18

异金属原子引入原子精确的金属纳米团簇是调控团簇物理化学性质的有效手段,目前报道的异金属原子掺杂团簇大多数是单个金属原子掺入金属团簇中形成的二元金属纳米团簇,而两个异金属原子同时掺入同一个金属团簇中形成三元金属纳米团簇的报道较少.本工作中,我们报道了Pd和Hg双原子同时掺入Au₂₅(PET)₁₈(PET=苯乙硫醇)团簇中形成HgPdAu₂₃(PET)₁₈新团簇,推测了Pd和Hg在三元金属团簇中最可能的位置,即Pd位于三元金属团簇的内核中心,而Hg原子位于三元金属团簇内核的表面.不同金属种类以及不同的掺杂位置导致了三元金属团簇HgPdAu₂₃(PET)₁₈具有不同于原始团簇Au₂₅(PET)₁₈和二元金属团簇PdAu₂₄(PET)₁₈和HgAu₂₄(PET)₁₈的电子构型.本研究为双金属异原子掺入金属纳米团簇的精准制备提供了新的思...     

PSO-SA模拟铝团簇的几何结构与基态能量

介绍了采用基于模拟退火的粒子群算法(PSO-SA),应用Gupta多体势函数和Sutton-Chen势函数对铝团簇Aln(n≤13)的基态能量进行了计算,并给出其相应的稳定结构.同时研究了铝团簇的半径分布图、平均结合能和能量二阶差分与团簇尺寸变化的关系.结果表明:铝团簇的结构稳定性随团簇原子数n的增加而增大,并在原子数n为7,9和11处出现极值,表明其具有“幻数”效应和相对较高的结构稳定性,由半径的分布图得出Al6,Al7,Al13具有高度的对称性.     

TinO2和TinO2-(n=1-10)团簇的几何结构、电子和磁性质

基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,研究了TinO2和TinO2-(n=1-10)团簇的几何结构、电子结构以及磁性.结果表明,两个氧以分离的原子状态吸附在金属团簇的表面,呈现出以一个钛原子为中心的O-Ti-O的相邻吸附形式.中性团簇和阴离子团簇的能量最低结构相似.稳定性分析表明TinO2具有很高的稳定性,特别是TiO2和Ti7O2.此外,详细讨论了团簇的电离势、电子亲和能、电子解离能和能隙.基于最低能量结构,讨论了团簇的磁性,发现电荷从Ti原子向O原子转移,并且电荷转移主要发生在TinO2的Ti-3d、Ti-4s和O-2p轨道.磁性团簇中反铁磁序占据主导,磁矩主要来源Ti-3d电子的贡献,而两个氧原子的贡献非常小.     

原子数精确的金属纳米团簇在电催化领域的应用研究进展

金属纳米团簇(MNCs)是由几个到数百个金属原子组成,其尺寸一般小于2nm.金属纳米团簇在许多催化反应中表现出高的催化活性和选择性,这与金属纳米团簇具有高的比表面积、较多暴露的活性原子,以及与金属纳米粒子(MNPs)不同的电子结构有关.金属纳米团簇确定的组成和结构使其成为一种新型模型催化剂,对纳米团簇的催化性能研究有利...     

(Pt_nMn)~(±,0)(n=1～5)掺杂团簇结构与磁性的密度泛函研究

采用密度泛函理论(Demity Function Theory)中的B3LYP方法,在Lanl2dz赝势基组水平上对(PtnMn)±,0(n=1～5)团簇的几何构型进行了全优化,并对基态的能级以及磁性进行了研究.结果表明:PtMn掺杂团簇的自旋多重度比较高,这种性质跟纯Mn团簇相似.并且发现一般情况下Mn原子参与成键数越多,结构越稳定,在成键数相同的情况下,成键的平均键长越短越稳定;其次(PtnMn)±,0团簇的所有稳定结构都表现为铁磁性耦合;掺杂一个Mn原子后的团簇磁性大大增强,磁矩主要来源于未满的d壳层电子,且Mn原子上的局域磁矩远大于Pt原子.随着Pt原子个数的增加,Mn原子的局域磁矩变化不大,但团簇的总磁矩渐渐增大.     

金-硫团簇负离子组成特征的探讨

报导了金/硫靶在静态二次离子质谱实验条件下形成的组成通式为Au1－15S0－5的团簇负离子.其中,Aun组成系列具有典型的奇数优势,属于金的一元团簇负离子.其余组成系列（Au1－15S1－5）则属于金 硫二元团簇负离子.研究发现,金 硫团簇负离子具有以下与组成密切相关的特征: （1）它们继承了金一元团簇负离子的奇数优势;（2）它们中硫原子数仅限于5,而金原子数则在较大范围变化;（3）它们完全没有多数其它金属与非金属（包括硫）二元团簇正/负离子共有的MenNn型组成优势;（4）它们以上组成特征及其它细节恰似碳 磷这样的典型非金属二元团簇正/负离子.基于这样的组成特征可提出,金 硫团簇负离子在构成上包含着相对完整的金一元团簇组件,在形成机制上源于金一元团簇与硫一元团簇（或称为:限于五原子的多硫单元）之间的再团簇化.关于再团簇化机制中的相互作用问题,即两类团簇间是依靠末端原子交叉成键还是依赖两类团簇中异种原子之间静电诱导力等“非共价键”作用的问题,则有待于今后研究证实.     

InAs管状团簇及单壁InAs纳米管的结构、稳定性和电子性质

采用密度泛函理论研究了InnAsn (n≤90)管状团簇以及单壁InAs纳米管的几何结构、稳定性和电子性质. 小团簇InnAsn (n=1-3)基态结构和电子性质的计算结果与已有报道相一致. 当n≥4时优化得到了一族稳定的管状团簇, 其结构基元(In原子与As原子交替排列的四元环和六元环结构)满足共同的衍化通式. 团簇的平均结合能表明横截面为八个原子的管状团簇稳定性最好. 管状团簇前线轨道随尺寸的变化规律有效地解释了一维稳定管状团簇的生长原因, 同时也说明了实验上之所以能合成InAs纳米管的微观机理. 此外, 研究结果表明通过管状团簇的有效组装可得到宽带隙的InAs半导体单壁纳米管.     

氧化锆小团簇的结构和稳定性

利用密度泛函理论在广义梯度近似(GGA)和Perdew-Wang交换关联泛函条件下研究了小团簇Zr_mOn (1≤m≤5, 1≤n≤2m)的几何结构和稳定性. 结果表明: 所有团簇的最低能量结构可通过锆团簇的连续氧化获得, 一般情况下O原子占据在Zr团簇的桥位. (ZrO₂)₃和(ZrO₂)₅团簇的基态结构符合配位数规则和成键规律. 此外, 讨论了氧化锆团簇的分解通道和分解能, 值得指出的是在Zr原子数相同时Zr_mO_2m-1团簇(除了Zr₄O₇)存在最大的分解能.     

(TiNi)_x(x=2~4)团簇结构和电子结构

从团簇角度对TiNi形状记忆合金进行了量子化学从头算研究。设计并优化了等原子比(TiNi)x(x=2~4)簇的多种可能几何结构,并对较稳定构型进行电子结构的分析。结果表明,等原子比的(TiNi)n团簇以TiNi成键为主要分子骨架,小团簇有较多能量接近的异构体,TiTi成键对能量降低有较大贡献。     

气相中原子分子成簇动力学Ⅱ.碳簇形成动力学

在前文所提出的成簇动力学模型的基础上，对碳的成簇过程进行了模拟，结果表明碳簇的形成是一个任意加成的过程．随团簇尺寸增加，加成反应速度减慢．原子数目约为20－48的中等碳簇具有异常大的反应速率常数，显示了它们具有最多的碳簇边缘原子；可能为尚未封口的碗型结构．团簇形成过程中，还发生解离反应，其中小团簇的解离过程更为重要．在综合考虑各种因素之后，成功地模拟出了与实验结果一致的团簇分布．对不同反应常数的分析则揭示出团簇几何构型方面的特点．     

Sn_nSm(n=1～9)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用Saunders全局优化随机踢球模型与密度泛函理论相结合的方法,在B3LYP/SDD理论水平下研究了锡基原子团簇Sn_n(n=2~10)及锡基稀土原子钐掺杂团簇Sn_nSm(n=1~9)的几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明,团簇Sn_nSm(n=1~9)中掺杂的钐原子通常位于主团簇的表面,掺杂团簇的基态结构更倾向于具有较高对称性的三维结构;二元锡基混合团簇的平均结合能变大,稳定性增强,这主要归因于Sn—Sm键比Sn—Sn键的键能大,具有更强的相互作用;掺杂团簇具有较高的磁性,其总磁矩主要源自于钐原子4f电子的贡献;随着团簇尺寸的增加,二元团簇的总磁矩呈现出趋于饱和的现象.     

用密度泛函理论研究ZrnB（n=1-13）团簇的结构及性质

利用密度泛函理论,得到了ZrnB(n=1-13)团簇的基态结构,计算并讨论了团簇能量的二阶差分和离解能.结果表明,n=2,5,12时,相应团簇较稳定,特别是Zr5B团簇的稳定性最高.同时分析了ZrnB团簇的电子性质及磁性,结果显示能隙随n值的增大出现奇偶振荡趋势,特别是ZrM12B团簇的能隙只有0.015 eV,表明该团簇已具有金属性.电倚转移随n值增大,整体呈增大趋势,除了二聚体ZrB,电荷由B原子转移到Zr原子.利用Mulliken布居分析得到二聚体ZrB(5.000 μB)和团簇Zr4B(3.000 μB)的磁矩较大,ZrnB团簇中总磁矩主要来自Zr原子的4d轨道.