Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质:光电子能谱和理论计算（英文）

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱与高精度理论计算,对Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质进行了研究.Al_2C_4~-团簇负离子的最稳定结构是一个C_(2v)对称的平面结构,其中两个C_2单元与两个铝原子分别相连.Al_2C_4~-团簇负离子的次稳定结构是一个线型结构,两个铝原子位于C_4线型结构两端,能量仅比最稳定结构高0.05 eV.中性Al_2C_4团簇是一个线型结构.Al_3C_4~-团簇负离子是一个平面结构,其中三个铝原子分别与两个C_2单元相连.而中性Al_3C_4团簇则是一个V字型结构.Al_4C_4~-团簇负离子和中性Al_4C_4团簇均为C_(2h)对称的平面结构,四个铝原子分别位于两个C_2单元的末端.Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇负离子的自适应自然密度配分的分析结果表明这些团簇中铝原子与C_2单元之间的化学键具有σ和π键特征.     

Au2Gen-/0 (n=1∽8)团簇结构演化和电子性质的光电子能谱和理论计算研究

本文利用尺寸选择的负离子光电子能谱和理论计算探索Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的结构演化和电子性质. 通过比较理论模拟谱与实验谱,并使用CCSD(T)理论方法计算异构体的相对能量,从而确定金锗混合团簇的全局最小结构. 本文发现Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的两个Au原子具有较高的配位数和较弱的亲金相互作用. 负离子团簇和中性团簇的最稳定结构分别处于自旋双重态和自旋单重态. 除了Au₂Ge₄^-/0和Au₂Ge₅^-/0,负离子团簇和中性团簇的全局最小结构具有相似的结构特点. Au₂Ge₁^-/0团簇是一个C_2v对称的V形结构,而Au₂Ge₂^-/0团簇是一个C_2v对称的双桥连结构. Au₂Ge₁^-负离子团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄四面体结构,而Au₂Ge₄中性团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄菱形结构. Au₂Ge_5∽8^-/0团簇主要采用三棱柱、四棱柱、及五棱柱结构. Au₂Ge₆是一个C_2v对称的四棱柱结构,并表现出σ和π双键性质.     

基于密度泛函理论的PdnZr（n=2-8）团簇的结构和性质研究

利用密度泛函理论中的B3LYP/LanL2DZ方法对PdnZr (n = 2–8)团簇的几何结构、稳定性、电子性质进行了研究。在优化出的结构的基础上,讨论了PdnZr (n = 2–8) 团簇的生长模式,计算了团簇基态的平均结合能,离解能,二阶能量差分以及最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙。研究表明,较大尺度的PdnZr (n = 2–8)团簇的基态是通过在Pdn-1Zr的基础上增加一个Pd原子并与其中的Zr原子相连而形成的;在纯钯团簇中掺杂锆原子后可以提高团簇的稳定性,多数情况下可以降低团簇的化学反应活性;PdnZr(n=2-8)基态团簇中的电荷转移总是从Zr原子到其他Pd原子。     

（LiN3）n（n=1～2）团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法在6—31G^＊基组水平上对（LiN3）n（n=1～2）团簇各种可能的构型进行几何结构优化，预测了各团簇的最稳定结构．并对最稳定结构的振动特性、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究．结果表明，LkN3团簇最稳定构型为直线构型；（LiN3）n（n=1～2）团簇中N—N键长在0．1146-0．1203nm之间，N—Li键长在0．1722～0．1987nm之间；团簇中Li原子全部显正电性，越靠近Li原子的N原子负电性越强，在直线构型的Nf离子中，两端的N原子均具负电荷，而中心N原子具正电荷．     

Sin-1N和Sin-2N2(n=3～8)离子团簇结构及其光电子能谱的研究

利用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组上对Sin-1N和Sin-2N2(n=3~8)阴阳离子团簇的几何结构和光电子能谱进行了系统研究。结果得到了各团簇的最稳定结构,Sin-2N2离子团簇对称性比Sin-1N离子团簇对称性好;Sin-1N(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤4时为平面结构,n>4时为立体结构;Sin-2N2(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤6时为平面结构,n>6时为立体结构;对于Sin-1N 团簇,总原子数是偶数的团簇比总原子数为奇数的团簇稳定;对于Sin-1N-及Sin-2N2阴阳离子团簇,总原子数是奇数的团簇比总原子数为偶数的团簇稳定。     

Eu_mSi_n(m=1～2,n=1～8)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似（GGA）研究了Eu₂Si_n（n=1～7）团簇的基态几何结构,系统计算了平均结合能E_b、二阶能量差分△₂E、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙,并与已有的EuSi_n（n=2～8）团簇相关数据作对比分析.研究表明:单Eu原子比双Eu原子掺杂的Si团簇具有更高的稳定性,EuSi₃、EuSi₆、Eu₂Si₄团簇较相应邻近团簇结构稳定;Eu_mSi_n（m=1～2,n=l～8）团簇的能隙随着团簇总原子数的增加呈现振荡变化,态密度分析得到能隙振荡变化的原因是S原子的s轨道与Eu原子的p轨道发生了杂化.     

CuSi_n与CuSi_n~-(n=4～10)团簇电子结构和光学性质的理论研究（英文）

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G(d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和CuSi_n阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明:(1)中性CuSi_n团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性CuSi_n团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

理论研究C8H80-（H2O）n（n=1～5）团簇

应用密度泛函B3LYP／6—31＋G（d，p）方法对C8H80-（H2O）n（n=1～5）团簇这种弱相互作用体系进行垒自由度能量梯度优化，得到该系列团簇的稳定蛄构．计算结果表明。在该系列二元团簇中，一方面水分子数目的多少对苯基丙酮分子的结构影响很小，另一方面由于苯基丙酮分子的存在，破坏了团簇中水分子的对称性结构，在团簇内部极力形成O—H—O这样弯曲的有方向性的氢键．对苯基丙酮-水这样结构复杂的团簇，指认光谱的难度非常大，本文只讨论了与C=O有关的振动峰和水分子的对称伸缩振动的最强峰．     

Ga_nN_3(n=1～8)团簇几何结构及光电子能谱的研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G*的水平上,对GanN3(n=1～8)团簇的结构进行优化,并对体系的成键特性、光电子能谱及稳定性进行了计算与分析,得到了GanN3(n=1～8)团簇的最稳定结构.结果表明,当n≤5时,其基态几何结构为平面结构,N-N键在这些团簇的形成过程中起着决定性的作用;当n≥6时,其基态几何结构为立体结构,Ga-N键起主导作用;在所研究的团簇中,Ga4N3、Ga7N3的基态结构最稳定;随着n值的增大,平均极化率逐渐增强;通过对光电子能谱的分析,得到Ga-N键的振动频率与六方晶系纤锌矿结构GaN的光学声子峰值相近.     

Mg_n~-,AlMg_(n-1)(n=2～13)团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

本文从第一性原理出发,利用密度泛函理论的B3PW91方法,在6-311G水平上对Mg-n,AlMgn-1(n=2～13)团簇进行了几何结构优化和频率分析,并对团簇的平均结合能,二阶能量差分,劈裂能等进行了计算.结果表明:与Mgn团簇相比,带负电Mg-n团簇的最低能量结构整体(除n=6,8,11)变化不大.Al原子的掺杂对Mgn(n=2～13)团簇的最低能量结构没有太大影响,Mgn,AlMgn-1团簇有类似的结构生长方式.带一个负电和掺杂一个Al原子均能使Mgn团簇的平均结合能增大,稳定性增强.并发现Mg-n(n=2～13)团簇在n=4,9时比较稳定,在n=11时稳定性较差,与实验结果一致;而等电子的AlMgn-1团簇在n=4,7,9时比较稳定.     

HmTiSin(m=1～2;n=2～8)团簇结构、电子性质和红外光谱的密度泛函理论研究

近些年,由于硅半导体材料在微电子工业中的潜在应用,其理论和实验研究备受人们广泛关注。尤其是过渡金属掺杂的硅团簇材料在物理化学性质方面表现了极好的稳定性。这些主要归因于过渡金属含有未填满的d轨道电子,可以填充硅团簇表面的空轨道,减少团簇表面的悬挂键,进而提高整个掺杂硅团簇的结构稳定性,同时产生各种特殊光学、磁性和超导等性质。采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法对H_mTiSi_n(m=1～2; n=2～8)团簇的几何结构和电子性质进行了理论计算,讨论了Ti掺杂硅团簇TiSi_n(n=2～8)及其氢化团簇基态结构的变化规律、解离通道和HOMO-LUMO能隙等特征。结果表明,随着Si原子数目的增加,在TiSi_n(n=2～8)团簇中其掺杂Ti原子依次吸附在团簇的棱、面及结构内部。当在掺杂团簇表面吸附氢原子时,都优于吸附在团簇的硅原子上,而且绝大多数的氢化结构采纳了TiSi_n团簇的骨架构型。解离能和HOMO-LUMO能隙的分析结果表明在团簇表面吸附两个H原子时能够明显提高整个团簇的结构稳定性。二阶能量差分的研究发现TiSi₂和TiSi₆团簇相对其他团簇具有较高的稳定性,同时两个H₁TiSi₇和H₂TiSi₇氢化团簇的稳定性更高。此外,模拟了这些氢化团簇的红外振动特征峰,对主要特征峰进行了归属。这些研究将为过渡金属掺杂硅基团簇材料的实验制备和表征提供重要的理论参考。     

Co@Au_n(n=1～8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Au_n（n=1～8）团簇的平衡结构、稳定性和磁矩.结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Au_n（n=2～6）团簇为二维结构,Co@Au₇和Co@Au8转变为三维结构.原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数.磁矩的计算揭示Co@Au_n团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道.     

Li2Bn(n=1～10)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析Li2Bn(n=1～10)团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率等物理化学性质.由此讨论了团簇的几何结构和电子性质.研究表明:Li2Bn(n=1～10)团簇基态大多为主体构型,能级间隙和二阶能量差分结果表明Li2B8为幻数团簇.对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明,基态Li2Bn团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑,但尚未形成特定的堆积方式.     

RuSin（n=1～6）团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平研究了RuSin(n=1~6)团簇体系的稳定结构及电子性质．结果发现：RuSin(n=1~6)团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,RuSi6团簇是RuSin(n=1~6)团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,RuSin(n=2,4～6)团簇的最低能结构出现电荷反转现象. HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且RuSi的化学活性是RuSin(n=1~6)团簇最强的。通过对团簇磁矩的研究发现,RuSi和RuSi3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且RuSin(n=1～6)团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.     

Co@Aun(n=1-8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Aun(n=1-8)团簇的平衡结构、稳定性和磁矩。结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Aun(n=2-6)团簇为二维结构,Co@Au7和Co@Au8转变为三维结构。原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数。磁矩的计算揭示Co@Aun团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道。     

密度泛函理论研究SinMn (n=2～14)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对SinMn (n=2～14) 团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算. 结果表明,当n≥10时,Mn原子完全陷入Si原子形成的笼内.二阶能量差分、分裂能和垂直电离势都表明Si5Mn和Si12Mn是稳定的团簇,且12是团簇的幻数.通过对电子性质的分析发现Si12Mn团簇具有较高的化学稳定性.布局数分析表明,在Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩(3.923 μB)是最大的.较多的电荷转移以及Mn原子的4s, 3d态和Si原子的3s, 4p态的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因.当n≥7时,SinMn 的总磁矩是1 μB.     

密度泛函理论研究MgnOn(n=2—8)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对MgnOn(n=2-8)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,当n=2,3时,团簇的最低能量结构是平面结构;当n≥4时.团簇的最低能量结构可以看成是由Mg2O2和Mg3O3单元组成的三维结构.O-Mg-O的钝角和较多的电荷转移对团簇的稳定性起着重要的作用.随着团簇尺寸的增大,转移的电荷逐渐增加,转移的电荷量有达到块体中电荷值的趋势.团簇的垂直电离势、亲和势和最高已占据轨道与最低未占据轨道的能隙表明,Mg3O3和Mg6O6是稳定的团簇.     

Agn-1Si（n=5-10）团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Agn-1Si团簇（n = 5-10）的几何结构和物理性质。首先得到体系最低能量结构,其中Ag5Si 和 Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低。通过分析相应结构的能隙,平均结合能,二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性,使团簇更加紧凑。在团簇尺寸n = 5-10的范围里,拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点。通过分析Agn-1Si团簇 (n = 5-10)的差分电荷发现,电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间, Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用,是团簇稳定性增强的重要原因。     

Bn(n =2-15)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论中的B3LYP方法计算并分析了不同生长模式下Bn(n= 2-15)团簇的几何结构及电子性质.同时,比较和讨论了不同生长模式下硼团簇的原子束缚能、能级间隙和第一电离势.研究表明:直线构型稳定性最低,金属性较强,尤其在n=8时能隙仅有0.061eV,说明该团簇已具有金属特征.平面或准平面构型稳定性最高,非金属性强.立体构型的稳定性与金属性介于直线和平面构型之间.另外,还讨论了基态团簇的束缚能、能量二阶差分、能级间隙和第一电离势随团簇尺寸的变化,结果表明B12与B14是幻数团簇.     

AlnCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对AlnCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布局和极化率。研究结果表明：AlnCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Aln-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Aln团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强。