密度泛函理论研究Nin,Nin±(n=1-5)团簇的结构和电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了中性及带电Ni小团簇的基态几何结构和电子结构特性。对中性Nin(n=1-5)团簇,除去一个电子对基态几何结构所引起的变化相比增加一个电子所引起的影响要更加明显。n=4时,Ni+4,Ni4以及Ni4-较之相邻个体具有较大的能隙,但在所讨论的尺寸范围内,没有找到幻数结构。随着原子数的递增,Nin+,Nin,Nin-(n=1-5)团簇体系的磁矩总体呈上升趋势,值得关注的是：添加一个电子能够显著增强中性体系的磁性。 讨论了与实验结论符合较好的绝热电子亲和能（AEAs）以及绝热离化势（AIPs）。     

CuSi6团簇几何结构和性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,采用全电子基组6-311+G(d)研究了CuSi6团簇的几何构型和电子结构性质,计算表明CuSi6团簇存在多个能量相近的稳定异构体,且结构中存在多个Cu-Si键,多个低能异构体共存解释了实验中观察到的CuSi6团簇较强的现象。对于CuSi6团簇,计算得到的三个最稳定异构体的垂直电离能,电子亲和能和HOMO-LUMO能隙均相对较大,也表明这三个异构体较为稳定。     

CuSi6团簇几何结构和性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法,采用全电子基组6-311+G（d）研究了CuSi₆团簇的几何构型和电子结构性质,计算表明CuSi₆团簇存在多个能量相近的稳定异构体,且结构中存在多个Cu-Si键,多个低能异构体共存解释了实验中观察到的CuSi₆团簇较强的现象.对于CuSi₆团簇,计算得到的三个最稳定异构体的垂直电离能,电子亲和能和HOMO-LUMO能隙均相对较大,也表明这三个异构体较为稳定.     

Mon(n=2~10)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论下的广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation, GGA)方法对Mon (n=2~10) 团簇的直线结构、平面结构和立体结构分别进行优化和分析. 结果表明仅直线结构具有双原子对结合趋势, 且偶数团簇比相邻奇数团簇稳定; 平面结构中奇数原子团簇锯齿状较稳定, 偶数原子团簇以多边形较稳定; 立体结构在所有维度中最稳定. 对团簇总磁矩的分析表明直线结构偶数团簇磁矩淬灭, 奇数团簇具有较大的反磁矩; 基态结构中仅Mo3和Mo8有2μB的磁矩. 基态结构的二阶能量差分、垂直电离势和能隙均表明Mo5为幻数团簇, 并分析了其热力学性质.     

Ge_nMn(n≤8)团簇的电子结构与磁性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论下广义梯度近似方法,对Mn掺杂Ge基半导体团簇Ge_nMn(n≤8)的结构与磁性进行了理论研究.结果表明:Ge_nMn(n≤8)的最稳定构型与相应的Ge_(n+1)团簇相似.Mn掺杂后团簇的原子平均结合能与纯锗团簇比较近似;能量二次差分表明:Ge_3Mn和Ge_5Mn团簇较相邻团簇表现出较高的稳定性;当n=1,3和6时,HMO-LUMO能隙较大,n=2时,能隙较小,说明GeMn、Ge_3Mn和Ge_6Mn具有相对较好的化学稳定性,而Ge_2Mn具有较高的化学活性.对Ge_nMn(n≤8)团簇的磁性研究发现,除Ge_8Mn的总磁矩为1μB外,其他团簇的总磁矩均为3μB,且团簇的磁性主要来源于Mn原子.     

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.     

利用密度泛函理论对MgBen(n=2-12)团簇的结构及其电子性质

利用密度泛函理论对MgBen(n=2-12)团簇的结构和电子性质进行了研究. 较高的能隙和结合能都表明，3和9是团簇的幻数；随着团簇尺寸的增加，Be原子间的相互作用由范德瓦尔斯到共价键以及金属键过渡. 与Be主团簇相比，MgBen(n=2-12)团簇较早地出现了金属性. 通过电子性质的分析发现，掺杂Mg原子降低了主团簇的稳定性.     

密度泛函理论研究Nin,Ni±n(n=1~5)团簇的结构和电子性质简

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了中性及带电Ni小团簇的基态几何结构和电子结构特性.对中性Nin(n=1~5)团簇,除去一个电子对基态几何结构所引起的变化相比增加一个电子所引起的影响要更加明显.n=4时,Ni+4,Ni4以及Ni-4较之相邻个体具有较大的能隙,但在所讨论的尺寸范围内,没有找到幻数结构.随着原子数的递增,Ni+n,Nin,Nin(n=1~5)团簇体系的磁矩总体呈上升趋势,值得关注的是:添加一个电子能够显著增强中性体系的磁性.讨论了与实验结论符合较好的绝热电子亲和能(AEAs)以及绝热离化势(AIPs).     

金团簇结构和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论,研究了Aun(2≤n≤10)团簇的最优结构和电子性质.采用各种不同的拓扑结构进行优化,计算结果显示最优结构都是二维的;在得到的最优结构基础上,进一步研究了其电子性质.结合能的二阶差分,费米能和能隙都显示了奇偶谐振效应.具有偶数个原子的金团簇要比奇数个原子的金团簇稳定,这与金团簇中的电子配对紧密相关.     

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．     

ThO+/0/-2不同电荷态对N2O氧化CO反应的影响

本文采用密度泛函理论,对ThO^+/0/-₂团簇参与CO与N₂O间氧化还原反应(CO+N₂O→CO₂+N₂)的机理展开研究,探讨钍氧团簇所带的电荷对该反应的影响.研究表明：ThO^+/0/-₂在反应中主要起传输氧原子的作用,其中ThO⁺₂与CO的反应以及ThO^+/0/-与N₂O的反应都为热力学上的放热反应,而ThO^0/-₂与CO的反应为热力学上的吸热反应.随着电荷态的改变,ThO^+/0/-₂与CO反应的总能垒(E_b)与总驱动力(-ΔG)有较大差异.因此,通过改变ThO₂的电荷态能调节其对CO/N₂O反应的催化活性,综合考虑,ThO⁺₂对...     

BnTi(n=1-12)团簇的结构, 电子性质和磁性

利用密度泛函理论广义梯度近似方法得到了BnTi(n=1-12)团簇的基态结构, 并讨论了电子性质和磁性质. 结果表明, n≤5 时, BnTi 基态结构呈平面或准平面, n>5 时, Ti 原子倾向于与较多的B 原子成键而呈三维结构. 由二阶能量差分得出B3Ti, B5Ti, B10Ti 为幻数团簇. Mulliken 布居分析显示BnTi 团簇中电荷由Ti 原子向近邻B 原子转移且以共价键与离子键共存; 除BTi 磁矩为5 μB 外, 其余团簇磁矩处于0-2 μB 之间; 团簇总磁矩主要由Ti 原子的3d 轨道和个别B 原子提供. B3Ti和B7Ti 团簇中, B 原子表现为反铁磁性.     

BnTi(n=1-12)团簇的结构, 电子性质和磁性

利用密度泛函理论广义梯度近似方法得到了BnTi(n=1-12)团簇的基态结构, 并讨论了电子性质和磁性质. 结果表明, n≤5 时, BnTi 基态结构呈平面或准平面, n>5 时, Ti 原子倾向于与较多的B 原子成键而呈三维结构. 由二阶能量差分得出B3Ti, B5Ti, B10Ti 为幻数团簇. Mulliken 布居分析显示BnTi 团簇中电荷由Ti 原子向近邻B 原子转移且以共价键与离子键共存; 除BTi 磁矩为5 μB 外, 其余团簇磁矩处于0-2 μB 之间; 团簇总磁矩主要由Ti 原子的3d 轨道和个别B 原子提供. B3Ti和B7Ti 团簇中, B 原子表现为反铁磁性.     

苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31+G(d, p)基组水平上对苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;在B3LYP/6-311++G(d, p)基组水平上计算得到了各团簇构型的总能量和结合能,结果显示,在团簇尺寸较小(n≤5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为平面的环状结构,团簇尺寸较大(n5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为三维立体结构.通过对团簇结合能的二阶差分、最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙、费米能级和电离能的分析发现,团簇C_6H_5OH(H_2O)_2的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构.     

DFT study of the oxidation of Hg0 by O2 on an Mn-doped buckled g-C3N4 catalyst

Due to the water-insoluble nature of Hg⁰, its oxidization to Hg²⁺, which is water-soluble, is a viable approach for its effective removal at coal-fired plants using existing flue gas desulfurization (FGD) unit. In this study, the adsorption and oxidation of elemental mercury on an Mn-doped g-C₃N₄ material were investigated. The spin-polarized density functional theory method was adapted to optimize the geometry structures and then to determine the corresponding electronic structures, while the CI-NEB method was adopted to search for the stable intermediates during the reaction(s). The analysis of energy and project density of states shows that the Mn-g-C₃N₄ exhibits an excellent affinity to Hg atoms. It is found that it is feasible for Hg atoms to oxidize on the Mn-g-C₃N₄ surface via two possible E-R paths, but with relatively high energy barriers. This research provides insights into a viable way for mercury removal using O₂ as the oxidizing agent.     

Structural and electronic properties of endohedral doped SWCNTs: A DFT study

The structural and electronic properties of semiconductors (Si and Ge) and metal (Au and Tl) atoms doped armchair (n, n) and zigzag (n, 0); n=4–6, single wall carbon nanotubes (SWCNTs) have been studied using an ab-initio method. We have considered a linear chain of dopant atoms inside CNTs of different diameters but of same length. We have studied variation of B.E./atom, ionization potential, electron affinity and HOMO–LUMO gap of doped armchair and zigzag CNTs with diameter and dopant type. For armchair undoped CNTs, the B.E./atom increases with the increase in diameter of the tubes. For Si, Ge and Tl doped CNTs, B.E./atom is maximum for (6, 6) CNT whereas for Au doped CNTs, it is maximum for (5, 5) CNTs. For pure CNTs, IP decreases slightly with increasing diameter whereas EA increases with diameter. The study of HOMO–LUMO gap shows that on doping metallic character of the armchair CNTs increases whereas for zigzag CNTs semiconducting character increases. In case of zigzag tubes only Si doped (5, 0), (6, 0) and Ge doped (6, 0) CNTs are stable. The IP and EA for doped zigzag CNTs remain almost independent of tube diameter and dopant type whereas for doped armchair CNTs, maximum IP and EA are observed for (5, 5) tube for all dopants.     

A DFT study on the formaldehyde (H2CO and (H2CO)2) monitoring using pristine B12N12 nanocluster

The interaction between formaldehyde monomer (H₂CO) as well as dimer ((H₂CO)₂) and pristine B₁₂N₁₂ nanocluster is investigated at B3LYP/6-311++G(d,p) level of theory. It is found that in contrary to the pristine boron nitride nanotube and nanosheet, formaldehyde adsorption induce considerable variation in the electronic properties of the B₁₂N₁₂ nanocluster. Also it is shown that the pristine B₁₂N₁₂ cluster could adsorb up to four monomer and three dimer of formaldehyde molecules in which the HOMO–LUMO gap decreased about 38–55%. Since the conductivity of the B₁₂N₁₂ nanocluster changes by the adsorption of formaldehyde molecules, the presence of this toxic gas could be detected. The Bader theory of atoms in molecules (AIM) is also applied to analyze the interaction of formaldehyde with nanocluster. It is suggested pristine B₁₂N₁₂ nanocluster could be a promising candidate for detecting formaldehyde molecule. The results indicate that B₁₂N₁₂ may be a promising chemical sensor for detection of formaldehyde molecule.     

双金属纳米团簇Au2@Cu6电子结构的稳定性：闭壳层作用和多中心键

采用密度泛函理论方法,研究了近年来实验报道的双金属纳米团簇Au₂@Cu₆的电子结构和成键特征. 一般认为,纳米团簇Au₂@Cu₆中(CuSH)₆环和(Au₂PH₃)₂两部分之间的相互作用可以看作是d¹⁰-σ闭壳相互作用. 然而,化学成键分析表明,两个部分之间存在一个十中心两电子(10c-2e)的多中心键. 将该结构与其他双金属纳米团簇M₂@Cu₆(M=Ag、Cu、Zn、Cd、Hg)做对比分析,结果表明除了d¹⁰-σ闭壳层相互作用外,多中心键也是配合物的电子结构稳定性的原因. 这一结果将为理解闭壳层相互作用提供有利的帮助.     

Experimental and Theoretical Study of Hydrogen Atom Abstraction from C2H6 and C4H10 by Zirconium Oxide Clusters Anions

使用配有团簇产生和化学反应源的飞行时间质谱装置,研究了锆氧阴离子团簇Zr_xOy^-与乙烷和丁烷的反应. 在反应中发现了Zr₂O₅H^-和Zr₃O₇H^-产物. 用密度泛函理论研究了乙烷在Zr₂O₅^-上的反应通道,发现乙烷脱氢反应可以发生,从而证明观察到的产物是源于脱氢反应. 该工作揭示了锆氧负离子团簇与烷烃反应中的新通道.     

First-Principles Study of Geometries,Stabilities and Electronic Properties of Ca2Sin （n=1-11） Clusters

The equilibrium geometries, relative stabilities, and electronic properties of Ca2Sin （n = 1-11） clusters have been systematically investigated by using the density function theory at the 6-311G （d） level The optimized geometries indicate that the most stable isomers have three-dimensional structures for n = 3-11. The electronic properties of Ca2 Sin （n = 1-11） dusters axe obtained through the analysis of the natural charge population, natural electron configuration, vertical ionization potential, and vertical electron affinity. The results show that the charges in corresponding Ca2Sin clusters transfer from the Ca atoms to the Sin host. Based on the obtained lowest-energy geometries, the size dependence of cluster properties, such as averaged binding energies, fragmentation energies, second-order energy differences, HOMO- LUMO gaps and chemical hardness, are deeply discussed.