碱金属原子簇的结构和稳定性

基于从体心立方碱金属晶体优化确立的多体展开势能函数，本文通过坐标优化研究了碱金属原子簇Ｘｎ（Ｘ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ）的结构和稳定性。发现：（１）Ｘｎ原子簇（ｎ＝４－２１）倾向于形成畸变四面体结构单元，（Ｔｄ）的密堆积，分子表面被三元环（Ｄ３ｈ）所覆盖，其中Ｘ７－Ｘ１５最优化结构中包含五角双锥Ｘ７（Ｄ５ｈ）结构单元，具有区域五重对称轴；（２）“微观晶体碎片”的分层优化结果表明，体心立方、面心     

碱金属团簇结构和稳定性的Hueckel—Hubbard方法研究

用Ｈｕｅｃｋｅｌ－Ｈｕｂｂａｒｄ理论及作者所建议的参数化方法，对碱金属团簇Ａｎ，Ａ＾＋ｎ，Ａ＾－ｎ的结构和碎化进行计算和分析，结果表明：ｎ≤５时团簇呈平面结构，几率大的碎化对应着中性单原子或中性二聚物的生成，团簇的稳定性随ｎ的变化呈出奇偶性，中性簇与离子簇的奇偶性上反，这些定性结果与实验及其它更精确算法的结果基本一致。     

C40异构体的结构和稳定性的理论研究

利用Gaussian98程序,采用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP,选用6-31G基组对富勒烯(Fullerene)C40的6种异构体[D5d,Td,D2h,C3v,D2(Ⅰ),D2(Ⅱ)]进行了几何构型优化,其中,对于Td对称性的C40由于易发生Jahn-Teller畸变,则降低其对称性为D2d,再进行优化.对它们的平衡几何和电子结构进行了比较具体的分析,同时,根据计算得到的总能量推断出这6种异构体的稳定性顺序是D2(Ⅰ)>D5d>Td>C3v>D2h>D2(Ⅱ).     

不同碱金属叠氮化物对层状晶体β-MNCl(M=Zr,Hf)电子掺杂的影响

Layer-structured crystals of β-MNCl (M=Zr,Hf) could be electron-doped by reactions with different alkali metal azides RN3 (R=Li,Na,K,Rb), and controlling the amounts with the molar ratios of azides to β-MNCl. All the prepared compounds show superconductivity with the same transition temperatures at 13.5 K for β-ZrNCl and 23.5 K for β-HfNCl. However the different alkali metal azides RN3 show different reactivity with β-MNCl, and the properties of the products such as superconducting fractions, the lattice constant, and stability against thermal or air, are very dependent on the kinds of alkali metals used. Based on the the results of SQUID measurements, it can be concluded that NaN3 and KN3 are the best react agents for β-ZrNCl and β-HfNCl respectively.     

碱金属和重金属叠氮化物的感度和导电性研究

分别用EHCO和DV－X_α方法，计算研究了α－NaN_3、β-NaN_3和AgN_3的能带结构和原子簇电子结构. AgN_3与NaN_3相比：带隙(△Eg)较小、带宽(BW)较大，因而电导率较大. 比较前沿晶体轨道(CO)和前沿分子轨道(MO)的能级、组成及电子在其间的跃迁；预示AgN_3比NaN_3更敏感、更易分解和起爆．还从电子微观层次揭示了金属叠氮化物的导电性和爆炸性之间的联系．     

镓原子链的结构稳定性和电子结构

The structural stabilities and electronic structures of Ga atomic chains are studied by the first-principles plane wave pseudopotential method based on the density functional theory. The present calculations show that gallium can form planar chains in linear-, zigzag- and ladder-form one-dimensional structures. The most stable one among the studied structures is the zigzag chain with a unit cell rather close to equilateral triangles with four nearest neighbors, and all the other structures are metastable. The relative structural stability, the energy bands and the charge densities are discussed based on the ab initio calculations and the Jahn-Teller effect.     

三重态SiCP2异构体的结构和稳定性的理论研究

采用DFT,QCISD和CCSD(T)等理论计算方法对三重态SiCP2异构体的结构和稳定性进行了理论研究.在B3LYP/6-311G(d)水平下,共计算得到由17个过渡态相连接的15个异构体.在CCSD(T)/6-311 +G(2df)//QCISD/6-311G(d)水平下,考虑重点振动能相对能量最低的三元环状异构体P-cCSiP 8(0.0 kJ/mol)及四元环状结构的cPCSiP 4具有相当大的动力学稳定性,在一定的实验室和星际条件下可能被检测到.另外,对它们的成键性质也进行了分析.     

B20N20团簇的结构与稳定性

B3LYP/6-31G* density functional theory calculations have been carried out on the structure and stability of ten B20N20 clusters. It was found that two new proposed isomers with two octagons, twelve hexagons, eight squares in Cab and C2 symmetry were more stable than the isomer with sixteen hexagons and six squares in C2 symmetry which was previously deemed to the most stable by 79.5 and 13.8 kJ/mol respectively. The isomer with two decagons in S10 symmetry is much higher in energy than the most stable structure in C4h symmetry by 637.2 kJ/mol.     

A DV-Xα study of lithium-doped magnesium oxide

Quantum-chemical modeling of Li-doped MgO complexes had been carried out. Interaction of anion vacancies with O₂ molecule has been considered. It has been confirmed that this interaction can lead to the pronounced activation of lattice oxygen as a reactant participating in the oxidative coupling of methane.

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- MgO: O^– , . . , , . .

     

Zintl相化合物α-BaZn2P2的合成、结构和性能

通过Sn助熔剂法在高温下合成一种Zintl相化合物α-BaZn₂P₂,通过X射线单晶衍射确定其晶体结构与α-BaCu₂S₂同构,属于Pnma空间群。α-BaZn₂P₂的晶格参数为：a=0.976 78（5）nm,b=0.413 34（2）nm,c=1.060 55（5）nm。与高温相β-BaZn₂P₂的层状结构不同,低温相α-BaZn₂P₂具有三维网格结构。其中ZnP₄四面体通过共边和共顶2种方式连接形成阴离子框架,Ba²⁺作为阳离子填隙其中。基于密度泛函理论计算了该化合物的能带结构和态密度,结果表明该化合物是窄带隙半导体（E_g=0.4 eV）。另外,DSC和变温XRD结果表明高温下α-BaZn₂P₂分解为Ba₄P₅,ZnP₄等二元相。     

Zintl相化合物α-BaZn2P2的合成、结构和性能

通过Sn助熔剂法在高温下合成一种Zintl相化合物α-BaZn₂P₂,通过X射线单晶衍射确定其晶体结构与α-BaCu₂S₂同构,属于Pnma空间群。α-BaZn₂P₂的晶格参数为：a=0.976 78（5） nm,b=0.413 34（2） nm,c=1.060 55（5） nm。与高温相β-BaZn₂P₂的层状结构不同,低温相α-BaZn₂P₂具有三维网格结构。其中ZnP₄四面体通过共边和共顶2种方式连接形成阴离子框架,Ba²⁺作为阳离子填隙其中。基于密度泛函理论计算了该化合物的能带结构和态密度,结果表明该化合物是窄带隙半导体（E_g=0.4 eV）。另外,DSC和变温XRD结果表明高温下α-BaZn₂P₂分解为Ba₄P₅,ZnP₄等二元相。     

从头计算方法比较研究B2Au4, Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构

Au/H 相似性的研究是现代化学中的一个热门话题. 我们从理论上报道Au/H 相似的新成员: 共价化合物B₂Au₄, 离子化合物Al₂Au₄和BAlAu₄. 采用密度泛函和波函数理论方法对比研究了缺电子体系B₂Au₄、Al₂Au₄和BAlAu₄的几何和电子结构. 详细讨论了它们基态结构的轨道、适应性自然密度划分(AdNDP)和电子局域函数(ELF)分析. 计算结果表明稍微扭曲变形的C₂B₂Au₄是基态结构, 在这个共价化合物中含有两个B―Au―B三中心二电子(3c-2e)键. 然而C_3v Al⁺(AlAu₄)^-和C_3v Al⁺(BAu₄)^-被研究证明是含有三个X―Au―Al 三中心二电子键的类盐化合物(在Al₂Au₄中X=Al, BAlAu₄中X=B). Al₂Au₄和BAlAu₄是至今为止首例报道的在离子缺电子体系中含有金桥键的化合物. 同时计算了B₂Au₄^-、Al₂Au₄^- 和BAlAu₄^- 阴离子基态结构的绝热剥离能和垂直剥离能, 为实验表征提供依据. 文中报道的金桥键为共价键和离子键相结合的缺电子体系提供了一个有趣的键合模式, 有助于设计含有高度分散金原子的新材料和催化剂.     

基于曲率和电子结构的掺杂C50和C70富勒烯的稳定性研究

使用密度泛函理论(DFT)-B3LYP/6-31G^*方法研究了B、N、Si、P和Co在C₅₀和C₇₀中的掺杂能和电子结构, 并基于曲率理论和电子结构探讨了掺杂富勒烯的结构稳定性. 计算结果表明, 掺杂能随着原子曲率的增大而减小, 随着掺杂物种原子半径的增大而增大, B、N、P和Co的掺杂有利于C₅₀结构的稳定, 而B和N的掺杂不利于C₇₀结构的稳定; 除了用于反映原子活性的曲率主要决定掺杂反应性, 各不等价碳原子在C₅₀和C₇₀的最高占据分子轨道(HOMO)中所占成分对掺杂能的影响也很大, 且其成分越大越有利于掺杂. 此外, 掺杂原子得失电子情况与其电负性有关. 本工作将为富勒烯结构稳定性的研究提供理论依据.     

Ge@C82结构及性质的理论研究

采用密度泛函理论方法,对Ge@C82的结构及性质进行计算研究.结果表明,由于包合Ge,C82碳笼平均键长增长,碳笼增大,而且Ge原子略微偏离碳笼中心.三重态的C2Ge@C82为能量最低结构.自然布居分析表明,C2C82与Ge之间未发生电子转移,可以用C2Ge@C82来表示它的结构.C2C82和C2Ge@C82的红外光谱计算结果显示,二者的主要区别为C2Ge@C82在1100～1200 cm-1区间的吸收峰变得更尖锐.     

锂离子电池正极材料LiMnPO4的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了锂离子电池LiMnPO4正极材料的电子结构。计算结果表明:当Li+嵌入体系后,O和P的原子布居变化较小,电子向金属原子的转移明显得到加强。Li+和O2-有弱相互作用,当Li+离子脱出以后,氧原子所得到的电子数减小,导致布居减小。锂是以离子形式存在的于LiMnPO4正极材料中。在LiMnPO4和MnPO4体系中,Mn原子具有磁性,其磁矩分别为4.78μB和3.84μB,其余原子磁性近似为0。氧为负离子,带负电荷,而P和Mn则为正离子。O2p与P3s、P3p轨道发生有效重叠,并形成共价键,Mn3d和O2p之间能够有效地发生重叠并形成共价键。在放电过程中有电子从外电路进入正极,大部分电子所带电荷分布在Mn原子上。     

碱金属和碱土金属促进的Ni/SiO2催化剂上甲烷的二氧化碳重整制合成气

Ni/SiO2 catalysts promoted by alkali metals K and Cs or alkaline earth metals Mg, Ca, Sr and Ba were prepared, characterized by H2-TPR and XRD, and used for the production of synthesis gas via methane reforming with CO2. Though K and Cs promoted Ni catalysts could eliminate coke deposition, the reforming activity of these promoted catalysts was decreased heavily. Mg and Ca promoted Ni/SiO2 catalysts exhibited excellent coke resistance ability with minor loss of the reforming activity of Ni/SiO2. Ba showed poor coke resistance ability and small amount of Sr increased the formation of coke. The possible mechanism of these promoters was discussed.     

Fe@C60几何结构和电子性质的计算研究

The generalized gradient approximation （GGA） based on density functional theory （DFT） was used to analyze the structural and electronic properties of Fe@C60 and C59Fe for comparison. Among the six possible optimized geometries of Fe@C60, the most favorable endohedral site of Fe atom is under the center of a hexagon ring, i.e., Fe@C60-6. The Energy gap （Eg） of Fe@C60-6 is smaller than those of C59Fe and C60, indicating the higher chemical reactivity. The magnetic moment of Fe atom in Fe@C60-6 is preserved to some extent though there is the hybridization between the ge atom and C atoms of the cage, in contrast to the completely quenched magnetic moment of the Fe atom in C59Fe.     

锂离子电池镍掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的电子结构

采用密度泛甬平面波赝势方法对LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4的几何结构进行了优化,并计算了相应的电子结构.计算的结果表明:在Li 脱嵌前后,LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4均为导体,且锂元素主要以离子形式存在于两种材料中,O2p轨道与Mn(Ni)的3d轨道形成了较强的共价键.Li 嵌入导致Mn(Ni)3d轨道的态密度峰发生移动.Ni的掺杂导致Mn(Ni)和O2p轨道的成键作用得以加强,电子在Mn(Ni)3d轨道的填充发生变化,从而提高了电池的充放电电压.     

CaO或BaO与Sm2O3共掺杂CeO2体系电子结构和氧离子迁移的DFT+U研究

使用GGA+U方法研究了CaO或BaO与Sm₂O₃共掺杂CeO₂体系几何和电子结构及氧离子迁移。计算结果表明,Ba和Sm均靠近氧空位时BaSmCe₃₀O₆₃体系最稳定;Sm靠近,Ca远离氧空位时CaSmCe₃₀O₆₃体系最稳定。BaSmCe₃₀O₆₃和CaSmCe₃₀O₆₃体系中均不存在Ce⁴⁺变价。对CaSmCe₃₀O₆₃体系氧离子迁移的研究发现,当氧离子迁移到空位时,迁移能大小顺序为E_m(3→V)< E_m(1→V)< E_m(4→V)< E_m(2→V),这一规律源于氧离子与低价掺杂离子产生负电势之间的排斥作用;对BaSmCe₃₀O₆₃体系氧离子迁移的研究发现,当空位迁移到周围氧离子时,迁移能大小顺序为E_m(V→3)< E_m(V→5)< E_m(V→1),这一规律源于氧空位产生的正电势与低价掺杂离子产生的负电势之间的吸引作用。此外,CaSmCe₃₀O₆₃体系最小迁移能小于SmCe₃₁O₆₃体系,证实了CeO₂-Sm₂O₃-CaO体系离子电导率大于CeO₂-Sm₂O₃体系的实验结果。     

(HBNH)n团簇的结构和稳定性

Structures and thermodynamic properties of the imidoboranes （HBNH）n （n=1-16） have been investigated theoretically at the B3LYP/6-31G^＊ level of theory. Needle-shaped oligomers that violate the isolated square rule were found to be more stable than cage isomers. The needle-shaped oligomer with n=16 was predicted to be exceptionally stable at low temperature, hexamer and octamer clusters dominated the gas phase at higher temperature. The highest oligomerization degree of the spontaneous cluster fomation has been estimated. It was concluded that generation of the gas phase （HBNH）n clusters with oligomerization degree n ≥24 was viable, making these species possible intermediates involved in the gas phase generation of BN nanoparticles.