铁钴双核羰基簇合物结构的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论BPW91方法在6-311+G(d,p)基组水平上,对Fe_2、Co_2和FeCo团簇吸附CO过程中可能的几何结构和电子态进行了系统研究.结果表明:三种双原子团簇饱和吸附CO分子数分别为9、8、8,吸附的规律各不相同,簇合物的基态均随着吸附CO分子数的增加而减小.吸附过程中金属原子满足18电子规则对CO吸附位置的起主要决定作用,相同的CO数目而言,FeCo的吸附能总体介于Fe_2和Co_2之间.     

团簇LaO的理论研究

采用密度泛函理论研究LaO团簇体系。中性分子LaO的基态是两重态(2Σ),阴离子LaO-和阳离子LaO 的基态都是单重态(1Σ)。使用不同的方法计算团簇LaO的电子亲和能和电离能。计算结果表明用BLYP方法和弥散极化基组计算结果和实验数据吻合较好。用含时密度泛函理论计算团簇LaO的低能激发态,从理论上归属LaO-的光电子能谱的谱峰和LaO的吸收光谱的谱峰。计算得到与实验一致的结果。     

二聚物X2 和 XK (X= Mn, Fe, Co, Ni, Cu)吸附NO的密度泛函理论研究

为有效降低NO对环境以及人体造成的危害,着重从催化剂入手,研究过渡金属Mn₂, Fe₂, Co₂, Ni₂, Cu₂及K掺杂的MnK, FeK, CoK, NiK, CuK的二聚物对NO的吸附性能.采用密度泛函理论的B3LYP, B3PW91, B3P86, B1B95以及PBE1PBE方法结合LANL2DZ, SDD, CEP-121G基组,采用B3LYP, B3PW91, B3P86以及PBE1PBE方法结合6-31++G(3df, 3pd), 6-311++G(3df, 3pd), 6-31G(d, p), LANL2DZ, SDD基组分别系统研究了X₂和XK (X=Mn, Fe, Co, Ni, Cu)团簇和NO的几何结构,计算出其键长,频率,离解能,再与对应的实验值进行对比.进一步采用PBE1PBE方法结合LANL2DZ和6-31G(d, p)基组研究了X₂NO和KXNO团簇的几何结构,计算出各原子间键长和吸附能.结果表明,...     

Si6N2团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法，在6—31G（d）的水平上对Si6N2团簇的可能结构进行了几何结构优化和电子结构计算，得到了16个可能的异构体．Si6N2团簇的最稳定结构是有4个Si-N键和4个Si—Si键的三维结构．自然键轨道方法分析成键性质的结果表明，Si—N键中Si原子向N原子有较大的电荷转移，因此Si-N原子间有较强的电相互作用；最强的IR和Raman谱峰分别位于1359．14cm^-1和1366．29cm^-1处；并计算了Si6N2团簇的最稳定结构的极化率和超极化率．     

Pt/Ce4O8团簇催化活性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP(Vienna ab-initio Simulation Package), 采用投影缀加平面波(Projector augmented wave, PAW)方法和具有三维周期性边界条件的超原胞模型, 对Pt在Ce4O8团簇上的吸附特性进行了研究. 结果表明Pt在Ce4O8团簇上的吸附作用很强,其吸附能大于Pt在CeO2晶体表面的吸附能. 所得吸附构型可分为三类：单键类, 双键类和多键类. 对其中最稳定吸附构型的电子结构分析表明：Pt的吸附诱导出了间隙态. 该态距离费米能级很近,使Pt/Ce4O8团簇活性很强. Pt与Ce4O8团簇发生了部分电荷转移, 从而使其中的一个Ce4+还原为Ce3+. 这些结果有助于理解在纳米尺度范围内Pt与CeO2的协同作用.     

密度泛函理论的不同方法研究小钨团簇的结构与稳定性

分别利用密度泛函理论的LSDA方法 和B3LYP 方法在有效核势基组(LanL2DZ)水平上系统地研究了Wn(n=2―14)团簇的结构和稳定性. Wn(n=2―14)团簇全局能量最小的最稳定结构被确定. 结果表明：在所讨论的尺寸范围内,LSDA方法比B3LYP 方法得到的平均结合能与一阶能量差分高;大部分Wn团簇在两种方法计算下具有相同的几何结构. 两种方法计算结果均表明：除了W3自旋多重度为3重态外,其余尺寸团簇的自旋多重度均为单重态; n=7的最低能量结构为双戴帽五边环,而非正十面体,n=8—10为笼型结构,n=11—14为扁长型结构. 综合平均结合能、一阶能量差分和二阶能量差分,两种计算方法均表明Wn(n=2―14)团簇具有相同的幻数序列(2, 6, 9 和 13).     

密度泛函理论的不同方法研究小钨团簇的结构与稳定性

分别利用密度泛函理论的LSDA方法和B3LYP 方法在有效核势基组(LanL2DZ)水平上系统地研究了Wn(n=2-14)团簇的结构和稳定性.Wn(n=2-14)团簇全局能量最小的最稳定结构被确定.结果表明:在所讨论的尺寸范围内,LSDA方法比B3LYP 方法得到的平均结合能与一阶能量差分高;大部分Wn(n=2-14) 团簇在两种方法计算下具有相同的几何结构.两种方法计算结果均表明:除了W3自旋多重度为3重态外,其余尺寸团簇的自旋多重度均为单重态;n=7的最低能量结构为双戴帽五边环,而非正十面体,n=8-10为笼型结构,n=11-14为扁长型结构.综合平均结合能、一阶能量差分和二阶能量差分,两种计算方法均表明Wn(n=2-14)团簇具有相同的幻数序列(2,6,9 和 13).     

Pt/Ce4O8团簇催化活性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP（Vienna ab-initio Simulation Package）,采用投影缀加平面波（Projector augmented wave,PAW）方法和具有三维周期性边界条件的超原胞模型,对Pt在Ce₄O₈团簇上的吸附特性进行了研究,结果表明Pt在Ce₄O₈团簇上的吸附作用很强,其吸附能大于Pt在CeO₂晶体表面的吸附能.所得吸附构型可分为三类:单键类,双键类和多键类.对其中最稳定吸附构型的电子结构分析表明:Pt的吸附诱导出了间隙态.该态距离费米能级很近,使Pt/Ce₄O₈团簇活性很强.Pt与Ce₄O₈团簇发生了部分电荷转移,从而使其中的一个Ce⁴⁺还原为Ce³⁺.这些结果有助于理解在纳米尺度范围内Pt与CeO₂的协同作用.     

Si2CmN团簇的结构及稳定性的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-311G*方法,对Si2CmN(m=2-10)团簇的几何构型、振动频率和基态能量等性质进行了研究,讨论了化学键的特征和热力学稳定性。振动频率和振动强度被用来判断体系的基态结构。结果表明,m=2-10的团簇为线性结构,随着m的增大,团簇的自旋多重度均为2,Si原子在C与N原子形成的线性链端部成键,团簇的基态能量近似线性增大。m为偶数的Si2CmN团簇比m为奇数的更为稳定。     

砷原子团簇结构的量子化学密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的三种方法 :局域自旋密度近似SVWN、梯度修正BLYP、杂化密度泛函B3LYP ,优化了中性Asn、负离子Asn-(n =2～ 5 )的结构 ,在优化结构基础上计算了它们的振动光谱 ,获得它们稳定的最低能量态的结构 .其中中性Asn(n =2～ 5 )的稳定结构的计算结果 ,与已有的理论结果以及实验数据进行了比较 .而对负离子Asn-(n =2～ 5 ) )的稳定结构作了预言 .同时计算了Asn(n =2～ 5 )的绝热电子亲和能 (EAa) ,与有关光电子谱学的实验值符合较好 .     

Au_7团簇吸附O_2和CO及其对CO的催化反应机理研究

本文采用密度泛函理论,研究了Au_7团簇催化CO的氧化反应机理.研究发现,二维平面结构的Au_7团簇更容易吸附CO和O_2分子. Au_7团簇吸附一个O_2分子的吸附能为0.64 eV,但在吸附多个O_2分子时,平均吸附能有了明显的下降,表明Au_7团簇进行多吸附O_2分子的可能性不大. Au_7团簇吸附一个CO分子的吸附能为1.26 eV,且在吸附多个CO分子时,平均吸附能虽有减少,但减小的幅度不大,说明Au_7团簇有可能吸附多个CO分子.此外,在Au_7团簇催化CO的氧化反应过程中,整个反应克服的最高势垒仅为0.34 eV,说明Au_7团簇有望成为良好的CO氧化催化剂.     

Sc_(13)团簇的稳定性和磁性研究

使用梯度修正的密度泛函理论,对Sc_(13)团簇的稳定性和磁性进行了广泛的研究.与邻近钪团簇,或者与其它13-原子3d过渡金属团簇相比,Sc_(13)团簇的基态结构二十面体具有最高对称性,结构和磁性均表现出高的稳定性.由于二十面体的高对称性,Sc_(13)团簇的对称性分子轨道为晶体场分裂壳层9A_g(1),10T_(1u)(3),8H_g(5),10A_g(1),6T_(2u)(3),11T_(1u)(3),3G_g(4),3G_u(4),and 9H_g(5).20个价电子以类似于凝胶模型的1S~21P~61D~(10)2S~2壳层填充前四组壳层,其余19个价电子依据洪德法则填充后五组壳层,从而产生了19.0μB的磁矩.5个半填充的晶体场分裂壳层与离域价电子填充的1S~21P~61D~(10)2S~2类壳层导致了稳定的高磁矩Sc_(13)团簇.     

Sc修饰Si@Al_(12)团簇吸附CO的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论的广义梯度近似,研究了Sc原子修饰的Si@Al_(12)团簇与CO分子之间的相互作用.结果显示:Sc原子倾向于以穴位的形式吸附于Si@Al_(12)团簇表面;Sc周围最多可以吸附7个完整CO分子,CO的平均吸附能处于0.990~1.602 eV之间;Sc Si@Al_(12)·7CO团簇中CO质量分数可达33.07%,有望作为CO气体过滤材料.     

平面星形CBe5Li5+超碱离子团簇的结构及其储氢性能研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,研究平面星形CBe5Li5+超碱离子团簇的结构及其储氢性能。结果表明, 平面星形D5h结构的CBe5Li5+超碱离子团簇具有较高的热力学稳定性,氢分子能在Li+周围发生吸附, 且每个Li+周围能有效吸附三个氢分子。结构的稳定性及合适的吸氢性能表明平面星形CBe5Li5+超碱离子团簇在常温常压条件下可以作为较好的储氢媒介。     

密度泛函理论研究碱金属原子在完美氧化镁(001)表面的吸附

基于平面波赝势法的密度泛函理论系统地研究了孤立碱金属原子(锂、钠、钾、铷、铯)在完美氧化镁(001)表面的吸附. 锂在氧位表面上的吸附能是0.72 eV,大约是其它碱金属的3倍. 锂和表面氧之间较强的相互作用主要是来源于共价键的作用,这可由态密度和差分电荷密度的分析所证实. 讨论碱金属在MgO(001)表面吸附的成键机理.     

密度泛函理论研究MN@H_2O (M=Ga,Ge, In,Sn, Sb; N=M,Al)团簇的特性

采用密度泛函理论的B3LYP, B3P86, B1B95, P3PW91和PBE1PBE方法结合SDD, LANL2DZ和CEP-121G基组计算了d~(10)组态二聚物MN(M=Ga, Ge, In, Sn和Sb; N=M和Al)的几何结构.采用B3P86/SDD进一步研究了MN@H_2O团簇的几何结构及吸附能.结果表明,水分子结合在二聚物M_2上时,对二聚物影响较大,对水分子自身影响较小.将M_2中Ga, Ge, In, Sn或Sb替换一个原子为Al时,水分子在GeAl和SnAl上的吸附能变化较大,而在GaAl, InAl和SbAl上吸附能变化较小.另外, H_2O吸附在Ga, Ge, In, Sn和Sb上时,与吸附在Al上时,吸附能的变化不大.     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

Mechanism of proton transport in water clusters and the effect of electric fields: A DFT study

Proton transport inside metal organics frameworks (MOFs) plays an important role to understand and develop a new type of material for a high conductivity application. One of the possible pathways of this process is via water cluster which is confined inside the MOFs structure. In this work, the mechanism of proton transport is investigated within the Density Functional Theory (DFT) calculations. Different water clusters from dimer to pentamer and octamer, which are equivalent to water structures inside the tetrahedral and cubic cavities of MOF-801, respectively, were systematically considered. The results show that proton transfer inside the pentamer cluster has the lowest barrier around 16 kJ/mol. Moreover, the presence of electric fields has a strong effect on the mechanism and energy profile of the proton transfer in both pentamer and octamer cluster. Our DFT prediction of proton migration energies is supported by experimental data of high conducting MOFs such as MOF-801.