中性及其带电Cun(n=2-12)团簇体系的第一性原理计算研究

结合半经验原子间势及遗传算法，采用密度泛函理论，系统计算研究了Cun(n=2-12)及Cun±(n=2-12)的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明：对中性团簇在n=3-6时基态为平面结构，而对于带电体系n=3-5时基态为低维结构，其中平面结构都以三角形为基本单元；对含更多原子的立体结构，基态主要以五角双锥为基本结构单元，传统的高对称性结构在小铜团簇基态中不占优势；计算所得Cun(n=2-12)中性体系结合能与实验结果完全一致，而结合带电体系计算所得团簇电离能与亲和势也与实验相符合；团簇电子结构的相关曲线（电离能、亲和势、二阶差分能）均呈现明显的奇偶振荡现象，这与含偶数电子Cu团簇的相对高稳定性密切相关。     

中性及其带电Cu_n(n=12-16)团簇体系的几何和电子结构的密度泛函理论研究

结合半经验Gupta原子间相互作用势及遗传算法,采用密度泛函方法系统计算研究了中性及带电Cu_n、Cu_n~±(n=12-16)团簇的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明:带电明显影响团簇结构稳定性,除Cu_(12)~-及Cu_(15)~+基态结构与相应中性团簇(Cu_(12)及Cu_(15)一致外,其它带电团簇基态结构与相应中性团簇均不相同;带电对团簇近基态同分异构现象也产生影响,全部带正电Cu_n~+(n=12-16)团簇均出现近基态同分异构体,而对中性及带负电团簇同分异构现象并不明显;计算所得Cu_n(n=12-16)团簇的电子离化能、电子亲和势及能隙的变化趋势均与实验结果相一致.     

InnAsn (n=1-20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了InnAsn (n=1-20)团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱. 结果表明,当n=5-11时团簇的基态构型为层状结构; 当n=12-20时团簇的基态构型为笼状结构. 团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In9As9、In12As12和In18As18为幻数团簇. 另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明InnAsn (n=1-20)团簇具有宽带隙半导体特征.     

Pdn(n=1-9)团簇的结构及磁性的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP对Pdn(n=1-9)团簇的结构、稳定性和磁性进行了详细的计算. 两种泛函得到了相同的稳定结构, 除n=3、4外, 两种方法得到的基态结构是完全一致的, 但在n=3、4时用三参数杂化密度泛函B3LYP得到的基态结构与文献[8,9,23]的相同. 两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律, 总体上随团簇尺寸的增大而增大, n=2-5时, 增幅较大, n=5-9时, 增幅较小. 两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能在n=4时均有较大的值, 说明相对应的团簇具有较高的稳定性、较低的化学活性. 两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势, 个别团簇有振荡. 结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性的演变规律, 但B3LYP泛函可以更加精确地描述Pdn团簇的结构演化.     

Ptn(n=1-9)团簇结构及磁性的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP研究Ptn团簇的结构,稳定性和磁性.两种方法得到了相同的稳定结构,基态结构也相同,只是次稳定结构的稳定顺序稍有不同.两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律,总体上随团簇尺寸的增大而增大,n=2-3时增幅较大,n=4-9时增幅较小,且有一定的振荡.两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为,但在n=2、5、8时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性.两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势,个别团簇有振荡.结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性.     

AunLa(n=1-8)团簇的密度泛函研究

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了AunLa (n=1-8)团簇的几何结构。计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质。结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合。团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好。     

第一性原理对SinMg(n=1-12)团簇结构、稳定性与电子性质的研究

运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311G基组水平上对 团簇进行了构型优化、频率分析与电子性质计算.同时讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、自然电子布居、极化率.研究结果表明： 团簇的基态绝大多数为立体结构. 时,体系的基态为自旋三重度, 时,则为单重态.镁原子的掺入使得主团簇的电子性质发生了明显的变化,掺杂使体系的平均结合能降低,能隙减小,化学硬度减小,电子亲和能增大.电子总是从 原子向 原子转移.团簇中原子之间的成键相互作用随n的增大 而增强,团簇的电子结构随n的增大而趋于紧凑.     

In_nAs_n(n=1～20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了In_nAs_n（n=1～20）团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱.结果表明,当n=5～11时团簇的基态构型为层状结构;当n=12～20时团簇的基态构型为笼状结构.团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In₉ As₉、In₁₂ As₁₂和In₁₈ As₉18)为幻数团簇.另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明In_nAs_n（n=1～20）团簇具有宽带隙半导体特征.     

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.     

YnN(n=2-12)团簇的结构与性质研究

在密度泛函理论框架下，用广义梯度近似（GGA）的方法研究YnN（n=2-12）团簇的电子结构，系统计算了它们的基态束缚能Be（eV）、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙、二阶能量差分 (au)、离解能 (au)、团簇的总磁矩Mt（ ），最近邻N原子的Y原子所带的局域电荷QY（C）和磁矩MY（ ）、掺杂原子N所带的局域电荷QN（C）和磁矩MN（ ）。研究表明，Y6N、Y8N、Y10N的基态具有较高稳定性；对于YnN（n=2-12）的所有团簇，电荷总是由Y原子转移到N原子，YnN（n=2-12）团簇中Y—N表现为离子键的性质；当n=3，4，5，9，10，11，12时，团簇的磁矩为零，团簇的磁性消失，当n=2，6，7，8时，团簇具有磁性，其中n=6时，团簇的磁性最强。     

中性及带电钴团簇的密度泛函理论研究

本文采用基于自旋极化的密度泛函理论系统研究了 小尺寸钴团簇的几何结构和电子结构特性。随尺寸的递增,团簇的基态几何结构由一维演变为三维的几何构型。总磁矩随尺寸的增加线性递增,并呈现奇偶交替的现象。从所研究的系统中分离一个Co原子带正电的团簇体系需要的能量相对较大。本文对体系的电子亲和能（EA）以及离化势（IP）也进行了讨论。     

MgBn（n=1-17）团簇的密度泛函理论研究

本文从第一性原理出发,采用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)全电子基组水平上对MgBn(n=1-17)团簇各种可能的构型进行结构优化和频率分析,预测了各团簇的最低能量结构。结果表明MgBn 团簇主要有两种生长模式。同时对各团簇最低能量结构的能隙、结合能等电子性质进行了分析,由二阶能量差分及能隙随团簇尺寸的变化规律可以得到MgB6、MgB9、MgB13是比较稳定的团簇。通过NBO对自然电荷布居及成键特性进行分析,得到Mg原子带正电,以s轨道参与成键,B原子主要带负电,一部分B原子之间以sp杂化形成离域π键,有利于增强稳定性,其他B原子主要以s、p轨道参与成键。     

MgBn（n=1-17）团簇的密度泛函理论研究

本文从第一性原理出发,采用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)全电子基组水平上对MgBn(n=1～17)团簇各种可能的构型进行结构优化和频率分析,预测了各团簇的最低能量结构.结果表明MgBn团簇主要有两种生长模式.同时对各团簇最低能量结构的能隙、结合能等电子性质进行了分析,由二阶能量差分及能隙随团簇尺寸的变化规律可以得到MgB6、MgB9、MgB13是比较稳定的团簇.通过NBO对自然电荷布居及成键特性进行分析,得到Mg原子带正电,以s轨道参与成键,B原子主要带负电,一部分B原子之间以sp杂化形成离域π键,有利于增强稳定性,其他B原子主要以s、p轨道参与成键.     

Cun(n=2-20)团簇的稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的PW91/DNP方法研究了Cun(n=2~20)团簇的稳定性和电子性质。结果表明：在n=2~8区间,平均结合能曲线几乎呈现线性增长;在n=9~20区间,平均结合能曲线相对较平缓。Cun(n=4, 7, 8, 17)团簇相对较稳定。Cun(n=2, 4, 8, 13, 19)团簇的能隙值相对较大,化学活性较弱。在n=2~20区间,垂直电离能略微大于绝热电离能, 绝热亲和能略微大于垂直亲和能。在n=2~9区间,电离能曲线呈现出显著的奇—偶振荡效应,即n为偶数团簇的电离能比临近奇数团簇的要大;亲和能曲线呈现出同电离能曲线相反的奇—偶振荡效应。     

Fragmentation of neutral Cn clusters (n = 9): experimental and theoretical investigations

We report on experimental and theoretical efforts designed to understand the fragmentation of small carbon clusters. Experimentally, a new detection system for high velocity fragments has been recently developed allowing the fragmentation of high velocity clusters to be totally recorded [1]. Results for the branching ratios of deexcitation of C₅ and C₉ formed by electron capture in high velocity collisions are presented. Theoretically, the dissociation dynamics of C₅ has been investigated using a kinematical model based on the statistical theory of Weisskopf. In this model various structural quantities (geometries, dissociation energies, harmonic frequencies), are required for both the parent cluster and the fragments. They have been calculated within DFT and coupled-cluster formalisms for C_n up to n = 9. In all cases, a strong correlation between measured branching ratios and calculated dissociation energies is observed.     

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件,采用密度泛函理论,对Mo_n(n=2-13)及Mo_nC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级,对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明,Mo_n团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知,n=6,9时Mo_n团簇的稳定性较高,n=4,7,10时Mo_nC团簇的稳定性较高.     

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。     

NiMgn(n=1-12)团簇的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA),在考虑自旋多重度的情况下,对NiMgn(n=1-12)团簇进行了构型优化,频率分析和电子性质计算.结果表明:n=1,2时,体系的基态为自旋三重态,n≥3时.为单重态;Ni原子掺杂使主团簇结构发生了明显变化.n≤8时,三角双锥,四角双锥结构主导着NiMgn基态团簇的生长行为;n在9-12之间时,主团簇Mgn 1(n=1-12)的基于三棱柱构型的基态演化行为发生了一定程度的改变;n≥6时,Ni原子陷入了主团簇内部;掺杂使体系的平均结介能增大,能隙减小;n=4,6,10是团簇的幻数;不同尺寸团簇的s,p,d轨道杂化中,Ni原子3d,4p成分所起作用不同;NiMg6基态结构具有很高的对称性(Oh),很好的稳定性和化学活性,能隙仪为0.25 eV.