Pb_n(n=2～30)团簇结构及铅晶体表面过程的计算机模拟

本文作者近年来采用 Ｍｕｒｒｅｌｌ等提出的有效的二体加三体展开势能函数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｗｏ－ｐｌｕｓ－ｔｈｒｅｅ－ｂｏｄｙ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）研究过 Ｓｉｎ［１］、Ｇｅｎ［２］及 Ｘｎ［３］（Ｘ＝Ｌｉ,Ｎａ,Ｋ等）等微团簇的结构和相对稳定性,并提出笼状锗结构预测［４］。本文试图将这一具有简单解析形式的势能函数模型推广到Ｐｂｎ团簇及面心立方晶体铅表面过程的计算机模拟。对Ｐｂｎ这样的重金属团簇,从头计算结果还仅限于 Ｐｂ２、Ｐｂ３和 Ｐｂ４,实验中观察到 Ｐｂ７结构中…     

(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,     

Con(n=2～10)团簇的结构和磁性

采用密度泛函理论中的局域自旋密度近似(LSDA)和广义梯度近似(GGA)对Con(n=2～10)团簇的几何构型进行优化，并对能量、频率和磁性进行了计算,两种方法确定的基态构型完全一致,并从平均键长、平均配位数和对称性对磁性的影响进行了理论探讨.研究表明, Con(n=2～10)基态团簇的磁性在n=2～4时主要受平均键长的影响,在n=5～9时主要受平均配位数的影响,在n=10时受原子间距和平均配位数的相互影响,最终导致与Co8基态团簇具有相同的磁性.基态团簇在Co5和Co9出现了磁性局域最小点.     

Au@Gen (n=2-9)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文选用密度泛函B3LYP方法在Lan L2DZ基组上对Au Gen+(n=2~9)团簇的几何结构和电子性质进行了理论研究,其中包括结构优化、平均键能、HOMO-LUMO能隙和电荷转移等。结果表明,随着锗原子数的不断增加,这些掺杂团簇逐渐形成了三维立体结构,并发现Au Ge7+和Au Ge9+两个掺杂团簇是相对稳定的,而且这些掺杂团簇的电荷转移主要是由金原子到锗原子骨架上。此外,还模拟了这些掺杂团簇的红外光谱,为以后实验研究提供有价值的理论参考。     

Sn_mO_n(m=1～3,n=1～2m)系列团簇的结构和电子性质

基于密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)系统地研究了Snm On(m=1~3,n=1~2m)团簇的几何结构和电子性质.当m=n时,团簇的基态结构为Sn和O原子彼此相邻的环形结构,当nm时,团簇易于形成链状结构.研究发现:氧化锡团簇的物理和化学特性类似于氧化硅,主要表现为非金属性.对分裂途径、分裂能和能隙(HOMO-LUMO Gap)进行了研究,结果表明类氧化锡(Snm Om)、Sn2O3和Sn3O4团簇具有很好的稳定性,可以作为构建团簇聚合物材料的基本单元.而且,氧化锡团簇的稳定性主要与其组成成分和结构有关,与团簇大小无关.     

B2Cn+(n=1～9)团簇的结构及其稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP泛函, 在6-311G*水平上对B2Cn+(n=1～9)团簇的几何构型和电子结构进行了优化和振动频率计算. 结果表明, 在B2Cn+(n=1～9)团簇的基态构型中, B2C2+、B2C3+为具有D∞h对称性的线形结构, B2C7+为具有Cs对称性的立体环状结构, 其余均为平面构型; 其成键顺序为C—C成键优于B—C 成键, B—C成键优于B—B成键. 进一步得到了B2Cn+(n=1～9)团簇的总能量(ET)、零点能(EZ)、摩尔热容(Cp)、标准熵(S0)以及原子化能(ΔEn+). 其结果显示, 随着n的递增, ET、EZ、Cp、S0和ΔEn+数值均呈现增大趋势, 其中EZ数值呈现近似等梯度的增加趋势. 通过对B2Cn+(n=1～9)团簇基态结构的垂直电子亲合势的研究发现, n为奇数的B2Cn+团簇比n为偶数的稳定.     

AlmN(m=2～9)团簇结构与稳定性的DFT研究

用密度泛涵理论 (DFT)的 B3LYP方法在 6-31G水平上对 AlmN(m=2～ 9)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了理论研究.给出了以 Alm团簇作为设计 AlmN类结构的母体,考虑在不同位置上结合 N原子的结构,可以较快找到 AlmN类团簇基态结构的一种方法.通过对基态结构的几何参数分析发现, m< 4的结构只存在 Al- N键; m≥ 4的结构 , Al- N键和 Al- Al键共存.对基态结构的绝热电离能讨论结果表明,只存在 Al- N键的 Al2N和 Al3N团簇较稳定.     

小镍团簇Nin(n=2～6)电子结构和拓扑分析

在UBP86/TZVP水平上计算了小镍团簇(Ni<,n>,n=2～6)的稳定基态结构并用自然键轨道(NBO)和分子中的原子量子理论(QTAIM)分析了这些团簇的电子结构.计算结果表明,Ni团簇基态结构具有较高自旋多重度.QTAIM分析表明镍团簇中Ni-Ni键均为金属键.除Ni<,2>团簇中Ni-Ni键为纯粹的σ键外,其...     

(CoMn)n(n=1～5)合金团簇的结构和磁性

All geometry structures of (CoMn)n (n=1-5) clusters were optimized, and the energy, frequence and magnetism of (CoMn)n (n=1-5) clusters were calculated by using the local spin density approximation and generalized gradient approximation of density functional theory. The same ground state structures of CoMn alloy clusters were confirmed in two methods, and magnetism of CoMn alloy ground state clusters was studied systemically. In order to understand structure and magnetism of CoMn alloy clusters better, Co2n (n=1-5) and Mn2n (n=1-5) clusters were calculated by the same method as alloy clusters, whose ground state structure and magnetism were confirmed. Moreover, the ground state structure and magnetism of clusters with the corresponding CoMn alloy clusters was compared. Results indicated that for (CoMn)n (n=1-4) clusters, geometry structures of CoMn alloy clusters are the same as the corresponding pure clusters still, (CoMn)3 and (CoMn)4 exhibit magnetic bistability, show ferromagnetic and anti-ferromagnetic coupling, local magnetic moment of Co, Mn atoms in CoMn alloy clusters almost preserves magnetism of pure clusters still.     

CaSi_n(n=1～10)团簇结构、稳定性与光谱性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组的水平上系统研究了CaSin(n=1~10)团簇的几何构型、稳定性与光谱(红外与拉曼)性质.研究结果表明,CaSin团簇构型是在CaSin-1构型上戴帽1个原子而形成的;当n≥4,CaSin团簇的最低能量结构均为立体构型;Ca原子的掺杂降低了体系的化学稳定性;CaSi3与CaSi5是幻数结构;在相同的观察频段内,CaSi3团簇的红外与拉曼活性在低频段均表现较好,而在高频段拉曼活性则表现较差,与之不同的是CaSi5团簇的红外与拉曼活性在整个频段内都表现的较好.     

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

A simulation study on the formation characteristics of clusters in a large-scale liquid Al system consisting of 105 atoms has been performed by the molecular dynamics method. And a cluster-type index method（CTIM）has been used to describe the structural configurations of various clusters. The results demonstrate that the icosahedron clusters（12 0 12 0）and their combinations play the most important role in the microstructure transition. The nanoclusters（containing up to 104 atoms）have been formed by combining some middle clusters which have been formed by combining smaller basic clusters. The structures of these nano-clusters are very different from those of nano-clusters obtained by evaporation,ionic spray methods,and so on. The latter is formed by the multi-shell crystals accumulated with an atom as the center and the surrounding atoms arranged according to octahedron configuration. The center atoms of these basic clusters are bond-connected each other with the linear or twisting mode. The corners of the nano-cluster just could become the starting points of the dendrite growth in the solidification processes of liquid metals.     

AlmN(m=2～9)团簇结构与稳定性的DFT研究

用密度泛涵理论(DFT)的B3LYP方法在6-31G*水平上对AlmN(m =2～9)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了理论研究.给出了以Alm团簇作为设计AlmN类结构的母体，考虑在不同位置上结合N原子的结构，可以较快找到AlmN类团簇基态结构的一种方法.通过对基态结构的几何参数分析发现， m＜4的结构只存在Al－N键； m≥4的结构, Al－N键和Al－Al键共存.对基态结构的绝热电离能讨论结果表明，只存在Al－N键的Al2N和Al3N团簇较稳定.     

Nin(n=3～39)团簇结构，能量和稳定性的研究

The stable geometric structure and energy of Ni_n(n=3～39) clusters as a function of cluster size are studied by the Monte Carlo simulation. The interaction among atoms is calculated through Lennard-Jones plus Axilrod-Teller potentials. It is found that the clusters grow through adding atoms on one or more surfaces of Ni₇ or Ni₁₃ after the cluster size n is larger than 7. It is also found that there exists direct correlation between the stability and geometrical structures of clusters. Relatively, highly symmetry clusters are more stable. In addition, the nickel clusters with fcc-like structure such as Ni₃₃, Ni₃₆ and Ni₃₈ are more stable than their neighboring clusters.     

液态金属Al凝固过程中的团簇结构与幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究,并采用原子团类型指数法(CTIM)来描述各种类型的团簇结构组态.研究结果显示:在液态金属Al的凝固过程中,只有与1551键型相关的二十面体原子团(12 0 12 0)及其组合形成的各种团簇结构,对微结构的演变起着关键的、决定性的作用;由不同数目、不同类型基本原子团组成的各种层次的团簇结构,都在一定的原子数区段内呈现出峰值,即幻数点;系统的幻数序列为:13(13), 19(21), 25～28(27), 31～33(29～30) ,37、39,…(括号内为液态时对应的幻数值),与Harris等人的实验结果甚为相符.本模拟研究所用的团簇结构按层次区段来研究幻数序列的方法,可为实验结果提供更为合理的模型解释.     

纳米尺寸团簇NinZrn(n=3～5)的几何结构与成键规律研究

根据化学键理论与拓扑原理，设计了团簇NinZrn(n=3-5)的可能几何构型，并用从头算方法进行构型优化，结果表明，由NiZr组成的团簇原子间的Zr-Zr和Zr-Ni键明显较强，而Ni-Ni的成键较弱，并发与NinZrn(n=3-5)团簇电子性质与有机烯烃分子等瓣相似，原子之间的成键按照强弱相间的规则分布。     

CnAl (n=2-11)团簇的结构特征与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311++G**水平上对CnAl(n=2-11)团簇的几何构型和电子结构进行了结构优化和振动频率计算. 结果表明, n=2的CnAl团簇基态结构为Al原子与两个C原子相连形成的环状结构, n=3-11均为Al原子端基配位的线状结构. 通过对基态结构的能量分析, 得到了n为偶数的CnAl团簇比n为奇数团族稳定的结论.     

硅-硫二元团簇[(SiS2)nS]-(n=1～4)的结构和稳定性的量子化学研究

用密度泛函(DFT)方法(B3LYP/6-31+G*)研究了硅硫团簇[(SiS2)nS]-(n=1～4)的可能几何构型,得到各稳定构型的电子结构,并计算了相应的振动频率,预测了稳定构型的振动光谱.由其稳定构型的比较可在理论上预测团簇的生长规律,并可初步预测团簇的形成机理.     

PdSi_n(n=1～15)团簇电子结构与光谱性质的理论研究

在卡里普索(CALYPSO)结构预测的基础上,采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,优化得到PdSi_n(n=1~15)团簇的基态结构,对其电子性质、红外光谱和拉曼光谱进行了讨论.结果表明,PdSi_n(n=1~15)团簇的基态构型随n值的增大由平面结构向立体结构演化;当n≤4时,PdSi_n团簇的红外与拉曼活性在450~500 cm-1范围内表现较好,当n≥5时,PdSi_n团簇的红外与拉曼活性在50~500 cm~(-1)范围内表现较好.     

(AlN)+n和(AlN)-n(n=1～15)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*水平上,对(AlN)+n和(AlN)-n(n=1～15)团簇的几何构型、红外光谱和热力学稳定性进行了研究,并对它们的电离能及电子亲和能进行了讨论.结果表明:(AlN)n团簇的电荷状态对簇合物的结构有较大影响,随着n的增大影响逐渐减小;所有平衡结构中不存在Al-Al和N-N键,Al-N键是惟一键型;(AlN)+n和(AlN)-n结构稳定性幻数与(AlN)n相同,即n=2,4,6,…等偶数结构较为稳定;(A1N)10团簇具有最大的电离能(IP=9.14 eV)和最小的电子亲和能(EA=0.19eV),较其他团簇更稳定.     

AlmN2－ (m=1～8)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311G*水平上对AlmN2－ (m =1～8)团簇的几何构型、电子结构、振动频率、电荷分布与成键方式进行了理论研究. 结果表明, AlmN2－ 团簇的基态结构有两种基本构型, 一种是以N—N键为核心, 周围与Al原子配位形成的； 另一种是由两个AlnN(n＜m)分子碎片通过共用Al原子或Al—Al键相互结合形成的. 对AlnN分子碎片相互结合形成的基态结构亲和能讨论得到, m为奇数的AlmN2－团簇比m为偶数的稳定.