(HgSe)_n(n=1～6)团簇结构和性质的密度泛函研究

本工作采用LANL2DZ赝势基组、B3LYP方法对(HgSe)n(n=1~6)团簇进行了结构优化、自然键原子轨道和频率计算,得到(HgSe)n(n=1~6)团簇基态的平衡几何结构、电子状态、垂直电离势、垂直电子亲和势、偶极矩、三个基本热力学函数等相关性质,并系统分析了该团簇的几何构型、原子净电荷布局、前沿分子轨道特征.结果表明:基态稳定结构(HgSe)2为平面四边形,(HgSe)n(n=3~6)为笼状结构,且稳定顺序为(HgSe)5(HgSe)4(HgSe)6(HgSe)2HgSe(HgSe)3,极性顺序为:(HgSe)4HgSe(HgSe)3(HgSe)5(HgSe)6(HgSe)2,(HgSe)6和(HgSe)2分子空间结构的对称性较好.(HgSe)n(n=1~6)团簇各体系都有较好的电子供体及受体等活性部位,随着n增大轨道离域现象明显,利于电子的转移,导电性增强.     

Al_nCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对Al_nCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布居和极化率.研究结果表明:Al_nCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Al_n-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Al_n团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al_7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al_原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强.     

AlnCl(n=2-14)团簇结构与电子性质的理论研究

运用卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,在杂化密度泛函B3LYP/6-311G+(d)基组水平上,对AlnCl(n=2-14)团簇的几何结构与电子性质进行优化计算,并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分、电离能、亲和能以及电子自然布局和极化率。研究结果表明：AlnCl(n=2-14)团簇的基态构型由简单平面几何结构向立体结构演化,形成Cl原子戴帽Aln-1Cl团簇结构;Cl原子的掺杂增大了Aln团簇的平均结合能;二阶能量差分、能隙、电离能、亲和能的变化表明Al7Cl是幻数团簇结构;团簇中的电荷总是由Al原子向Cl原子转移,原子之间的成键作用随着团簇尺寸的增大而增强。     

(LiN3)n(n=1～2)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(LiN3)n(n=1～2)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1～2)团簇中N-N键长在0.1146～0.1203nm之间,N-Li键长在0.1722～0.1987nm之间;团簇中Li原子全部显正电性,越靠近Li原子的N原子负电性越强,在直线构型的N3-离子中,两端的N原子均具负电荷,而中心N原子具正电荷.     

(MgB2)n(n=1～3)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3IJYP方法在6-31G*基组水平上对(MgB2)n(n=1～3)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测各团簇的最稳定结构,并对其振动特性、成键特性、极化率和超极化率等性质进行理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和Mg原子处在端位,且显正电性,Mg原子的自然电荷在 0.559e～ 0.920e之间,B原子的自然电荷在-0.724e～ 0.197e之间;团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存,较少出现Mg-Mg键,计算得到的B-B键键长在0.153～0.182 nm之间,B-Mg键键长在0.218～0.231 nm之间.     

(CdSe)n(n=1,2)团簇性质及CdSe分子热力学性质的理论计算

用密度泛函B3LYP方法、有效核势(ECP)基组LanL2DZ对(CaSe)n(n=1,2)团簇进行了理论研究,得到(CaSe)n(n=1,2)分子体系可能存在的状态及各电子状态的平衡几何Re、谐振频率、偶极矩和离解能De、不同温度、压力下的热力学函数值;设用总能量中的电子和振动能量近似代表CdSe分子处于固态时的能量,用总熵中的电子和振动熵近似代表CdSe分子处于固态时的熵,进而计算了Cd与Se反应的△Hθ、△Sθ、△G,并由此计算出不同温度的反应平衡常数Kp结果表明:在298～1400K温度范围内,Cd与Se反应的自由能值均为负,且随着温度的升高,△Gθ值负的越多,表明在这个温度范围内反应能自发发生,而且自发趋势随温度的升高逐渐增大;平衡常数逐渐减小,即反应进行程度随温度的升高逐渐减小;CdSe分子材料的导电性随压力增大而增强.     

(SiC)n(n=1-5)团簇的结构与性质的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对(SiC)n(n=1-5)团簇各种可能的构型进行了几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究。结果表明：(SiC)n团簇形成碳原子骨架,而硅原子生长在碳原子骨架上;在Si和C相互作用形成团簇的过程中,Si原子向C原子有电荷转移,团簇中原子间相互作用呈现共价型;SiC、(SiC)5团簇有相对较高的动力学稳定性;团簇稳定结构的IR最强振动主要是C-Si键的伸缩振动,Raman较强振动均来自C-C键的伸缩振动。     

(Ca3N2)n(n=1-4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Ca3N2)n(n=1-4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明,(Ca3N2)n(n=1-4)团簇最稳定构型中N原子为3-5配位,Ca-N键长为0.231-0.251 mm,Ca-Ca键长为0.295-0.358 nm;N原子的自然电荷在-1.553 e--2.241 e之间,Ca原子的自然电荷在1.035e-1.445e之间,Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性,Ca3N2和(Ca3N2)3团簇有相对较高的动力学稳定性.     

(LiH)_n(n=1～5)团簇与NH_3反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中杂化密度泛函B3LYP/6-311G(d,p)方法,对(LiH)_n(n=1～5)团簇结构进行计算,得到最稳定构型,并计算分析其与NH_3的反应机理.对各反应的中间体和过渡态进行频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算,以验证反应的正确性.用QCISD/6-311G(d,p)方法计算各驻点的单点能,得到能量信息.结果表明:各反应所释放H_2中的两个氢原子分别来源于NH_3和(LiH)_n(n=1～5)团簇.弱化N-H键的作用有利于反应能垒的降低,是反应脱氢的关键.LiH团簇尺寸变化对反应能垒没有太大影响.     

(HgSe)n(n=1~6)团簇结构和性质的密度泛函研究

本工作采用LANL2DZ赝势基组、B3LYP方法对(HgSe)n(n=1~6)团簇进行了结构优化、自然键原子轨道和频率计算,得到(HgSe)n(n=1~6)团簇基态的平衡几何结构、电子状态、垂直电离势、垂直电子亲和势、偶极矩、三个基本热力学函数等相关性质,并系统分析了该团簇的几何构型、原子的净电荷布局、前沿分子轨道特征。结果表明：基态稳定结构(HgSe)2为平面四边形,(HgSe)n(n=3~6)为笼状结构,且稳定顺序为(HgSe)5>(HgSe)4>(HgSe)6>(HgSe)2>HgSe>(HgSe)3,极性顺序为：(HgSe)4>HgSe>(HgSe)3>(HgSe)5>(HgSe)6>(HgSe)2,(HgSe)6、(HgSe)2分子空间结构的对称性较好。(HgSe)n(n=1~6)团簇各体系都有较好的电子供体及受体等活性部位,随着n增大轨道离域现象明显,利于电子的转移,导电性增强。     

(ZnSe)n(n=1,2)团簇结构及ZnSe分子热力学性质的理论计算

用密度泛函B3LYP方法、6-311 G基组对(ZnSe)n(n=1,2)分子体系进行了理论研究,得到(ZnSe)n(n=1,2)分子体系的基态电子状态的平衡几何Re、谐振频率、偶极矩和离解能De及不同温度、压力下的热力学函数值;设用总能量中的电子和振动能量近似代表ZnSe分子处于固态时的能量,用总熵中的电子和振动熵近似代表ZnSe分子处于固态时的熵,进而计算了Zn与Se反应的ΔH0、ΔS0、ΔG0,并由此计算出不同温度的反应平衡常数Kp.结果表明:在298~1150 K温度范围内,Zn与Se反应的自由能值均为负,且随着温度的升高,ΔG0值负的越多,表明在这个温度范围内反应能自发发生,而且自发趋势随温度的升高逐渐增大;平衡常数逐渐减小,即反应进行程度随温度的升高逐渐减小;ZnSe分子材料的导电性随压力增大而增强.     

簇合物(I2InN3)n (n=1-4)的结构和稳定性的理论研究

为寻求单一源前驱体,采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法系统研究新的第IIIA主族叠氮簇合物的结构与性质关系。结果表明,簇合物(I2InN3) n (n=2-4)的优化构型均为由不同子体系的叠氮基α−N和In原子相连形成的环状结构,叠氮基以直线型存在。研究了几何参数随聚合度的变化趋势,并对计算获得的IR谱进行归属。能量和聚合焓均揭示簇合物的稳定性次序为3A>3B和4B>4C>4A>4D。簇合物(I2InN3)n (n=1-4)的热力学函数随温度升高和聚合度n增大而増加。热力学分析表明聚合反应在温度高达500 K均可自发进行。     

簇合物(I2InN3)n(n=1～4)的结构和稳定性的理论研究

为寻求单一源前驱体,采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法系统研究新的第ⅢA主族叠氮簇合物的结构与性质关系.结果表明,簇合物(I2InN3)n(n=2～4)的优化构型均为由不同子体系的叠氮基α-N和In原子相连形成的环状结构,叠氮基以直线型存在.研究了几何参数随聚合度的变化趋势,并对计算获得的IR谱进行归属.能量和聚合焓均揭示簇合物的稳定性次序为3A＞3B和4B＞4C＞4A＞4D.簇合物(I2InN3)n(n=1～4)的热力学函数随温度升高和聚合度n增大而增加.热力学分析表明聚合反应在温度高达500 K均可自发进行.     

Si3Xn (X=C,O,N;n=1,2)团簇的密度泛函研究

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对Si3Xn(X=C,O,N;n=1,2)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的电子结构、振动特性、成键特性和电荷特性等进行了理论研究.结果表明团簇的几何结构都是平面结构,通常Si3X2出现是Si-X键,较少出现X-X键;而Si3X中出现Si-X键和Si-Si键共存,Si3Xn(X=C,O,N;n=1,2)团簇的电荷布局分布表明这种电荷转移的作用使得团簇中所有X原子呈负电性,Si原子显正电性.处于不同位置的Si原子呈不同大小布局数,而且由于Si3X2的对称性,2个X负电性相同.     

The geometry structures and electronic properties of Li_mB_n(m+n=12) clusters

The geometric structures, electronic properties, total and binding energies, harmonic frequencies, the highest occupied molecular orbital to the lowest unoccupied molecular orbital energy gaps, and the vertical ionization potential energies of small LimBn （m＋ n = 12） clusters were investigated by the density functional theory B3LYP with a 6-31 I＋G （2d, 2p） basis set. All the calculations were performed using the Gaussian09 program. For the study of the LimBn clusters, the global minimum of the B 12 cluster was chosen as the starting point and the boron atoms were gradually replaced by Li atoms. The results showed that as the number of Li atoms increased, the stability of the LimBn cluster decreased and the physical and chemical properties became more active. In addition, on average there was a large charge transfer from the Li atoms to the B atoms.     

(KN3)n(n=1~5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311G*基组水平上对(KN3)n(n=1~5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化, 预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, KN3团簇最稳定结构为直线型, (KN3)n(n=2~3)团簇最稳定结构为环形结构, (KN3)n(n=4~5)团簇最稳定结构是由(KN3)2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构. N-N 键键长在0.1156~0.1196 nm之间, N-K键键长在0.2357~0.2927 nm之间; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与K原子直接作用的N原子负电性更强, 金属K原子与N原子之间形成离子键. (KN3)n(n=1~5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180~2230 cm-1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动. 稳定性分析显示, (KN3)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

(KN3)n(n=1~5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311G*基组水平上对(KN3)n(n=1~5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化, 预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, KN3团簇最稳定结构为直线型, (KN3)n(n=2~3)团簇最稳定结构为环形结构, (KN3)n(n=4~5)团簇最稳定结构是由(KN3)2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构. N-N 键键长在0.1156~0.1196 nm之间, N-K键键长在0.2357~0.2927 nm之间; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与K原子直接作用的N原子负电性更强, 金属K原子与N原子之间形成离子键. (KN3)n(n=1~5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180~2230 cm-1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动. 稳定性分析显示, (KN3)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

密度泛函理论研究簇合物(HFGaN3)n (n=1-6)：尺寸效应

用密度泛函理论DFT方法,计算研究不对称簇合物(HFGaN3)n (n=1-6)的几何构型、稳定性、IR谱和热力学性质。结果表明,簇合物(HFGaN3)n (n=2-6)的优化构型拥有一个Ga和α−N原子交替的2n元环状结构。通过计算研究(HFGaN3)n (n=1-6)的平均结合能、二阶能量差分和能隙与团簇尺寸关系,发现后两者表现出明显的“奇－偶”振荡现象。对计算获得的IR谱进行归属,获得四个特征区。讨论了团簇尺寸和温度对(HFGaN3)n (n=1-6)热力学函数的影响。由焓变和吉布斯自由能可知,200-800 K温度范围内由单体形成稳定的多聚体(HFGaN3)n (n=2-6)在热力学上有利。