Aun (n＝2～20)团簇的遗传算法和密度泛函方法研究

在遗传算法和Gupta多体势系统地搜索金属团簇初始结构基础上, 应用密度泛函理论和基于局域密度近似 (LDA)或广义梯度近似(GGA)的超软赝势和投影扩充波(PAW)方法分别系统地研究了金属团簇Au_n (n≤20)的最稳定构型和电子性质. 发现LDA或GGA近似下, 最稳定构型存在一定的差异: LDA方法中, Au团簇最稳定构型从Au₇ 处就发生了从二维结构向三维结构的转化, 而GGA近似下Au₁₃的最稳定异构体仍然保持平面构型. 计算结果表明, 平均最近邻距、平均配位数和结合能随着尺寸的增大呈递增趋势, 而二阶差分能、费米能级、HOMO-LUMO能隙、垂直电离势和电子亲和势出现了明显的奇偶交替现象. 其结果丰富了目前对金团簇的理论和实验的研究.     

硼碳团簇BnC2 (n＝1～6)的理论研究

应用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G(d)水平上研究了硼碳团簇B_nC₂ (n＝1～6)的几何结构、生长机制和相对稳定性. 计算结果表明, 对于n＝2～6的簇, 平面多环状构型为最稳定的结构, 其中C原子分布于环的顶点、有尽可能多的三配位硼原子和尽可能多的B—C键. 碳原子作为杂原子倾向掺杂于团簇的顶点位置, 它的掺杂不改变硼团簇的主体结构. 与平面多环状结构相比, 随着簇尺寸的增大, 三维结构和线性链结构更不稳定. 在低能线性结构中, C原子位于链两侧的第二个位置. 计算的碎片分裂能、递增键能以及HOMO-LUMO能隙表明, B₄C₂为幻数簇.     

Cu_nNi(n=2-13)团簇基态结构和电子特性的密度泛函研究

基于第一性原理,利用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)对团簇Cun-1Ni和Cun(n=3-14)进行了结构优化和能量计算,结果表明,单质Cu团簇不是以密实结构而是以类平面结构生长,但Ni的掺杂使得Cu团簇结构以二十面体为基础生长并且增加了团簇的稳定性;团簇结合能的二阶差分计算表明Cu3Ni,Cu7Ni和Cu9Ni结构最为稳定;在团簇的最稳定结构中Ni原子趋于占据团簇的中心位置和更多的Cu原子形成化学键;位于表面的Cu原子成为Mülliken电荷的接受体而带负电性,这也可能是Ni掺杂Cu合金耐腐蚀性增强的原因之一;Ni的掺杂使原来没有磁性的铜团簇显示了磁性且总自旋磁矩表现明显的奇偶振荡,为1或2μB,与团簇的尺寸无关.     

TixNy团簇结构的密度泛函研究

采用杂化密度泛函方法(B3LYP)和有效核势基组预测了Ti_xN_y (x≤3, y≤2)团簇的结构及稳定性, 并分析了可能存在构型的电子结构. 结果表明Ti₂N中体系的自旋多重度由Ti原子决定. Ti₃N中随着N的配位数增加, N的负电荷增加, 平均每个Ti向N提供约0.3个电子. 从Ti₂N₂可能稳定构型分析, 成键数目越多, 能量上越有利, 且Ti—N键的数目的增加, 将削弱N—N间的成键.     

用密度泛函理论研究纳米级的硼簇Bn（n=13～20）的物理和化学性质

采用密度泛函理论B3LYP与6—311＋＋G方法研究了硼簇Bn（n=13～20）的电子和几何结构、总能量、结合能、谐波频率、点对称性、电荷分布、偶极矩、化学键以及最高分了占据轨道和最低分子占轨道能量差．此外,借助第一和第二能级差确定最稳定的硼簇尺寸．研究表明硼簇几乎所有的物理性质有尺寸依赖性,双环管状结构的B20具有最高平均结合能．内有一原子的二十面体结构的B13不具有稳定构型,这种结构转变为开放式笼状．B20出现二维到三维的结构转变．Mulliken分析表明电荷分布有x-z和y-z平面对称．硼簇的平面稳定性可以通过离域键（π键和σ键）以及多中心键来解释．     

硅氧团簇(SiO2)nO2H4的密度泛函理论研究

提出硅氧团簇(SiO2)nO2H4的两种新构型: 基于笼状结构和环状结构的构型, 并与链状构型相比较, 用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上计算了三种构型n=2～22(n取偶数)的几何结构、平均结合能、能隙以及能量的二次差分. 分析计算结果发现, 笼状构型不但在n=4和8处存在幻数团簇(实验上已经观察到), 而且预测在n=14处也存在类似的幻数团簇; 此外, 与(SiO2)n团簇不同的是, (SiO2)nO2H4团簇的环状构型的稳定性从n=4开始大于链状构型, 意味着水的加成对硅氧团簇的稳定性有着重要的影响.     

Au_n团簇催化水煤气变换反应机理的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Au10、Au13和Au20三类团簇的稳定性和对水煤气变换(WGSR)反应的催化活性,考察了各物质在Aun团簇上的吸附行为和微观反应机理。结果表明,三类Aun团簇的稳定性顺序为Au10Au13Au20,而Aun团簇中电子离域性及吸附能力大小趋势为Au13Au10Au20。在三类Aun团簇上,水煤气变换反应的控速步骤均为H2O的解离,但其反应机理路径有所不同。Au10团簇上为羧基机理,COOH*中间体直接解离;Au13团簇上为氧化还原机理,两个OH*发生歧化反应;Au20团簇上为羧基机理,COOH*和OH*发生歧化反应。通过对三类团簇上的最佳反应路径进行比较发现,Au13团簇在低温下具有较好的催化活性。     

CnP-4(n=1～7)团簇结构与能量的密度泛函研究

摘要使用分子图形软件设计出多种CnP4^-(n=1-7)的结构模型,并进行B3LYP密度泛函几何构型优化和振动频率计算．最稳定的CP4^-和C2P3^-都是平面环状结构．最稳定的CnP4^-(n=3,5,7)结构在直碳链的一端连接1个磷原子且另一端是P3C的四元环的平面结构．最稳定的CnP4^-(n=4,6)结构在直碳链的一端连接1个磷原子且另一端是P3的三元环的锄状结构．直碳链可与平面环的磷原子生成大π键．大多数构型是由C2,C3,C4子结构以环状或链状方式组成的．碳原子与磷原子以交替方式排列的结构数量少、能量高．     

正、负和中性TiP10团簇结构与电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了正、负和中性TiP10团簇的几何构型和电子结构. 计算结果表明, 中性TiP10团簇的基态构型为金属夹心结构, 正、负离子团簇同样具有该基态稳定结构. 通过对基态稳定结构的分子轨道分析表明, δ键对形成夹心结构起到重要作用. 理论计算得到的中性TiP10团簇的垂直和绝热电离能分别为7.84和7.68 eV, 垂直和绝热电子亲和势分别为3.18和3.35 eV.     

(AB)8(AB=BN，AlP，GaAs，InSb)团簇环状结构与性质的密度泛函理论研究

用杂化密度泛函B3LYP方法研究了(AB)₈(AB=BN，AlP，GaAs，InSb)团簇环形结构的平衡几何构型、电子结构、振动特性以及极化率。计算结果表明，(AB)₈团簇的双层环状结构中，每个A(B)原子都与3个B(A)原子成键，且Ⅴ族元素的原子比Ⅲ族元素的原子更接近团簇中心，(BN)₈、(AlP)₈、(GaAs)₈、(InSb)₈的平均极化率依次增大，IR和Raman谱峰发生红移。另外，讨论了热力学稳定性和动力学稳定性的变化。     

(AB)_8(AB=BN, AlP, GaAs, InSb)团簇环状结构与性质的密度泛函理论研究

用杂化密度泛函B3LYP方法研究了(AB)8(AB=BN,AlP,GaAs,InSb)团簇环形结构的平衡几何构型、电子结构、振动特性以及极化率。计算结果表明,(AB)8团簇的双层环状结构中,每个A(B)原子都与3个B(A)原子成键,且Ⅴ族元素的原子比Ⅲ族元素的原子更接近团簇中心,(BN)8、(AlP)8、(GaAs)8、(InSb)8的平均极化率依次增大,IR和Raman谱峰发生红移。另外,讨论了热力学稳定性和动力学稳定性的变化。     

C_nP_4~4(n=1～7)团簇结构与能量的密度泛函研究

使用分子图形软件设计出多种CnP-4(n =1～ 7)的结构模型 ,并进行B3LYP密度泛函几何构型优化和振动频率计算 .最稳定的CP-4和C2 P-3 都是平面环状结构 .最稳定的CnP-4(n =3 ,5 ,7)结构在直碳链的一端连接 1个磷原子且另一端是P3 C的四元环的平面结构 .最稳定的CnP-4(n =4,6)结构在直碳链的一端连接 1个磷原子且另一端是P3 的三元环的锄状结构 .直碳链可与平面环的磷原子生成大π键 .大多数构型是由C2 ,C3 ,C4子结构以环状或链状方式组成的 .碳原子与磷原子以交替方式排列的结构数量少、能量高 .     

(GaP)n和(GaP)n－ (n＝10～16)团簇的结构与稳定性研究

采用密度泛函理论B3LYP/Lanl2dz方法对(GaP)_n和(GaP)_n^－ (n＝10～16)团簇的一系列异构体的结构和稳定性进行了研究. 讨论了中性团簇得到一个电子之后, 几何结构和电子性质的变化. 频率分析预测出最强吸收峰位于341～390 cm^－1区域. 从能隙、结合能和能量二次差分等方面综合考虑, 具有T_h对称性的(GaP)₁₂和(GaP)₁₂^－分别是中性(GaP)_n和阴离子(GaP)_n^－团簇中最稳定的, 而具有T_d点群结构的(GaP)₁₆也比较稳定, 究竟哪种结构易于合成还有待于实验的进一步证实. 在相同理论水平上计算了基态(GaP)_n (n＝10～16)的绝热电子亲合势(AEAs)及其基态阴离子的垂直电离能(VDEs), 这对以后的实验数据分析将有一定的参考价值.     

5d过渡金属原子中心镶嵌Ag团簇M@Ag12(M=Hf～Hg)Ih和Oh构型的密度泛函理论研究

采用相对论密度泛函理论方法对Ih和Oh构型M@Ag12 (M＝Hf～Hg)的几何和电子结构进行了系统的研究. 研究表明, 原子半径之和与团簇的电子结构共同决定了M—Ag键长的大小. M@Ag12的成键能来自中心原子的嵌入能和Ag12笼子的形变能. 最高占据轨道为成键轨道的团簇比反键轨道的团簇的稳定性强. 我们发现在此系列中, Ih构型不一定总比Oh构型稳定. Hf@Ag12, Ir@Ag12, Au@Ag12和Hg@Ag12的Oh构型比Ih构型稳定.     

TiP+6, Ti2P+6二元团簇的密度泛函理论研究

利用含有电子相关效应校正的密度泛函理论DFT中的B3LYP方法，选择LANL2DZ双ξ基组，并考虑极化函数，对TiP6^ ,Ti2P6^ 二元团簇各种可能存在的几何构型及电子结构进行了密度泛函理论研究，得到了TimPn^ 二元团簇的最稳定构型，其中TiP6^ 的最稳定构型为具有C3v对称性的半笼状结构，Ti2P6^ 的最稳定构型为具有D6h对称性的六角双锥，所得构型很好地说明了激光光解的实验结果。     

密度泛函理论及光谱对CuCl2溶液中微团簇的研究

利用密度泛函理论和拉曼光谱对氯化铜溶液第一溶剂化层中的微团簇进行了研究。采用B3LYP方法对溶液中可能存在的团簇构型进行优化,从动力学和热力学方面分析得出溶液中团簇结构信息。理论拉曼光谱在100~500 cm~(-1)主要为Cu—O的伸缩振动峰,3400~4000 cm~(-1)范围内为O—H的对称和不对称伸缩振动。实验光谱在200~340 cm~(-1)出现明显新峰,位于2500~4000 cm-1的O—H伸缩振动峰随着溶液浓度的增加,峰的强度逐渐减小,峰形有明显变化。实验光谱和理论光谱验证和比对,表明溶液的实验光谱中产生的新峰为Cu—O振动,CuCl_2水溶液中产生短程离子相互作用及溶剂化现象,且随着溶液浓度的增加,溶剂化数目减小。     

Al8P8团簇环状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*水平上对Al8P8团簇的环状结构进行了几何结构优化, 并在同一水平上计算了Al8P8团簇的电子结构、振动特性及极化率和超极化率. 用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质, Al8P8团簇中离子键和共价键共存, 而且在不同轨道中原子间成键有不同的杂化方式. 计算结果表明: 优化后的Al8P8团簇为双层环状结构; 价电子态密度显示其电子结构具有半导体的性质; 最强的IR和Raman谱峰分别位于530.65 cm-1和366. 54 cm-1处.     

配体保护下的Au_(20)团簇吸附和活化CO的理论研究

用密度泛函理论方法计算了CO分子吸附在有机配体聚乙烯吡咯烷酮poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)(PVP)保护下的Au20团簇上的稳定构型的结构和性质。配体PVP通过物理吸附主要作用于Au20团簇的顶点位置。与Au20比较,配体的存在有利于CO的吸附和活化,其根本原因是PVP和CO在Au20表面分别作为供电子和吸电子基团产生的协同效应。中性及阴离子Au20团簇对配体和CO的吸附强度不同,前者对PVP吸附作用较强,后者对CO的吸附和活化作用较强。     

(SiO2)n团簇的基态能量和结构

应用遗传算法对二氧化硅团簇（SiO2）n（n≤20）的结构进行了优化计算。分析讨论了结构和结合能随团簇尺寸的变化规律,发现（SiO2）n团簇系列不存在明显的幻数,并在n≤20的范围内,不呈现出相应大块物质的结构特征,