氧原子在X@Al12 (X=C，Si，P+ )团簇吸附性质的研究

利用密度泛函理论了对X@Al12 (X=C, Si, P+)团簇吸附氧原子特性进行了研究,分别分析了氧原子在三个吸附位置(顶位置、桥位置和空位置)的氧原子吸附能,HOMO-LOMO能隙和电荷转移等性质。结果表明氧原子更倾向于吸附在空位位置。C@Al12和Si@Al12, P+@Al12 在对氧的吸附性质上比较接近。氧在X@Al12(X= C, Si, P+)的吸附性质与Al13−有显著不同。在Al13−O中O是倾向于以桥位形式吸附在Al13−上的。X@Al12(X=C, Si, P+)和Al13−的电子结构有着明显的差异,这导致了O在这些团簇表面不同的吸附形式,表明掺杂可以有效的改变团簇的性质。     

H2在Al12X (X=Al, Ni, Cu)团簇表面解离吸附的第一性原理研究

以Ni和Cu原子中心替换的二十面体Al12X(X=Ni、Cu)团簇为基体、采用密度泛函理论系统计算研究了H原子及H2分子在团簇表面的吸附,并对比了纯Al13团簇对H及H2的吸附,结果表明：相对于纯Al13中H原子的桥位吸附、掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)中H原子均吸附于团簇顶位;无论是吸附H原子还是H2分子,Al12Ni的几何结构均发生大的畸变;相较H2在纯Al13团簇表面的解离吸附,H2在掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)表面的解离反应过程中反应能均增大、势垒均降低,这表明掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)相较纯Al13团簇更有利于H2解离吸附的发生。     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性(Ih、Oh、D5h、D3h)密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12 X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)掺杂团簇的结构及磁性.结果表明:除Al12 Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12 Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应.     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性（Ih、Oh、D5h、D3h）密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）掺杂团簇的结构及磁性．结果表明：除Al12Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应．     

表面氧钝化碳化硅纳米团簇电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA),对氧钝化条件下4H-SiC纳米团簇的电子结构和光学性质进行了研究。计算了不同直径的4H-SiC纳米球氧钝化后的能带结构、电子态密度和光学性质。团簇的尺度在0.4~0.9 nm之间,构建表面仅存在硅氧双键和表面仅存在碳氧双键的两种模型。研究表明硅氧双键和碳氧双键所引起的缺陷态位于原4H-SiC的价带和导带之间,并且缺陷态与价带顶的能量差随纳米团簇颗粒直径的增大而减小;缺陷态主要是由Si原子外层电子和氧原子外层电子轨道杂化引起的。同时,由于氧的存在,对碳化硅的结构产生一定的影响,这也是缺陷态形成的一个原因。另外,碳氧双键和硅氧双键钝化对4H-SiC纳米团簇的光学性质有着不同的影响。在表面仅存在C=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向同性的性质。在表面仅存在Si=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向异性的性质。     

Sc12X团簇(X=B,C,N,Al,Si,P)的电子结构和稳定性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似(GGA)研究二十面体Sc12X(X=B、C、N、Al、Si、P)中性和荷电团簇的电子结构和稳定性,系统计算了它们的基态束缚能(BE)、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低占据轨道(LUMO)之间的能隙、局域电荷以及HOMO电子构型.研究表明,用C、Si原子或荷电后的B、N、Al、P离子分别替代团簇Sc13中心原子可以使其成为稳定的结构.Sc12X团簇束缚能改变的原因在于掺杂改变了中心原子或离子与表面原子的轨道杂化.     

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.     

基于密度泛函紧束缚方法的SixGey（n=x+y，n=2~5）团簇成键条件与解离行为研究

采用基于密度泛函理论的紧束缚方法和遗传算法相结合的方法对SixGey（x+y=n,n=2~5）二元团簇的低能稳定结构进行了全局搜索,分析了包含不同原子数目、不同组分团簇的几何构型、原子间交叠电子布居数及可能发生的解离行为。研究表明,包含2~5原子团簇的Si-Si、Ge-Ge和Si-Ge键的成键距离分别为2.18 Å ~ 3.10 Å、2.32 Å ~ 3.64 Å和2.32Å ~ 3.38 Å;二元团簇的原子数目、组分对原子间键长、键角及Si/Ge原子在团簇中的占位、原子间相互作用有明显影响。通过团簇中各原子的Mülliken总交叠电子布居数分析,发现多数团簇中单独的Ge原子最容易被解离出来,随着团簇包含原子数目增多,出现了多种存在竞争机制的解离方式,可能同时存在解离出Si1Ge1、Si2Ge1和Ge原子的情况。     

H_2在Al_(12)X(X=Al,Ni,Cu)团簇表面解离吸附的第一性原理研究

以Ni和Cu原子中心替换的二十面体Al_(12)X(X=Ni、Cu)团簇为基体、采用密度泛函理论系统计算研究了H原子及H_2分子在团簇表面的吸附,并对比了纯Al_(13)团簇对H及H2的吸附,结果表明:相对于纯Al_(13)中H原子的桥位吸附、掺杂团簇Al_(12)X(X=Ni、Cu)中H原子均吸附于团簇顶位;无论是吸附H原子还是H_2分子,Al_(12)Ni的几何结构均发生大的畸变;相较H_2在纯Al_(13)团簇表面的解离吸附,H_2在掺杂团簇Al_(12)X(X=Ni、Cu)表面的解离反应过程中反应能均增大、势垒均降低,这表明掺杂团簇Al_(12)X(X=Ni、Cu)相较纯Al_(13)团簇更有利于H_2解离吸附的发生.     

碱金属在磷烯表面吸附，迁移行为的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波赝势方法研究了碱金属（Li、Na、K）−磷烯体系,分析了体系的吸附性质、电学性质和迁移行为. 结果表明：碱金属在磷烯表面的最稳定吸附位都是H位.吸附过程中电荷由碱金属原子转移到磷烯,碱金属−磷烯体系表现出一定的离子性. 碱金属−磷烯体系的吸附能从大到小为ΔELi−磷烯大于ΔEK−磷烯大于ΔENa−磷烯. Li→Na→K,随着原子序数的递增,体系的离子性逐渐增强;碱金属原子越来越容易在磷烯表面迁移.     

MoSi_2(001)表面的氧吸附行为

运用第一原理密度泛函理论方法,首先计算了MoSi_2各清洁表面的表面能,(001)Si-|-Si断面具有较低的表面能,是MoSi_2最可能的解理面;通过生成能及键布居分析研究了单氧原子、双氧原子及氧分子在(001)Si-|-Si断面的吸附行为,发现单氧原子在空位处吸附最稳定,此时O极易与Si结合,得到的Si-O-Si键长及键角与SiO_2的非常接近,表明低浓度下O极易与表面的Si结合生成SiO_2;双氧原子发生空位+顶位吸附时O原子除与Si有强作用外,可与Mo有一定相互作用;氧分子以平行的方式接近空位最有利于吸附,此时氧分子最易分解为氧原子,发生氧原子在空位的吸附.     

在硅酸盐矿物,玻璃和熔体中Si和Al的配位与局部结构：K—边 …

本文采用步辐射的ＳｉＫ－边Ｘ－射线吸收近边结构（ＸＡＮＥＳ）谱研究了Ｓｉ在ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５和Ｎａ２Ｏ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５的低压磷硅酸盐玻璃中结构与配位,以及Ｓｉ的配位几何随玻璃中Ｐ２Ｏ５含量而变化：同步辐射的Ａｌ Ｋ－边ＸＡＮＥＳ谱研究了Ａｌ在铝硅酸盐成分为ＮａＡｌＳｉ２Ｏ６－ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８的玻璃和熔体中的配位和局部结构,并提供了直接的实验证据该成分的玻璃体系中由于压力的变化所诱导Ａｌ配位的     

O_2在Si掺杂石墨烯上吸附与活化

采用包含色散力校正的密度泛函理论方法(DFT-D)研究了O2在Si掺杂石墨烯(Si-Gra)上吸附与活化.研究结果表明:1)与纯净石墨烯相比,Si掺杂极大的增强了石墨烯对O2的吸附能力.O2的最稳定吸附构型是以Side-on模式吸附在掺杂的Si的顶位,形成O-Si-O三元环.次稳定吸附构型是与Si及近邻的一个C形成O-Si-C-O四元环结构.两个吸附构型对应的吸附能分别为-2.40和-1.93eV;2)O2有两种分解路径:直接分解路径(势垒为0.53eV)和整体扩散后的分解路径(势垒为0.81eV);3)分解之后的两个O原子分别吸附在Si的顶位和相邻碳环的两个碳原子的桥位;4)电子结构分析表明吸附的O2从Si-Gra获得较多电荷,从而被活化.总之,Si-Gra具有较强的催化氧气还原能力,是一种潜在的良好的非金属氧还原催化剂.     

含锰钢表面氢原子/氢分子吸附行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢原子和氢分子在纯铁表面和锰原子掺杂表面的吸附与解离行为.研究结果表明,氢原子可在纯铁(001)表面稳定吸附,吸附能按照顶位,桥位和心位依次增强;而溶质原子锰降低了氢原子距离表面的位置并强化了氢原子的吸附行为.氢分子在纯铁表面的吸附解离行为取决于氢分子距离模型表面的初始距离和初始空间构型.氢分子平行于纯铁(001)表面时,距离心位1.2?发生解离,而桥位、顶位均不会发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位0.6?、顶位1.0?发生解离,心位不会发生解离.氢分子平行于锰掺杂纯铁(001)表面时,距离桥位0.6?、顶位0.7?、心位1.2?发生解离;氢分子垂直放置时,距离桥位、心位0.8?发生解离,而顶位放置氢分子不发生解离.归纳可知,锰溶质原子掺杂会增加铁基体表面氢原子和氢分子的吸附作用并促进氢分子发生分解.     

O2在Si掺杂石墨烯上吸附与活化

采用包含色散力校正的密度泛函理论方法(DFT-D)研究了O2在Si掺杂石墨烯(Si-Gra)上吸附与活化. 研究结果表明: 1) 与纯净石墨烯相比, Si掺杂极大的增强了石墨烯对O2的吸附能力. O2的最稳定吸附构型是以Side-on 模式吸附在掺杂的Si的顶位, 形成O-Si-O三元环. 次稳定吸附构型是与Si及近邻的一个C形成O-Si-C-O四元环结构. 两个吸附构型对应的吸附能分别为-2.40和-1.93 eV; 2) O2有两种分解路径: 直接分解路径(势垒为0.53 eV)和整体扩散后的分解路径(势垒为0.81 eV); 3) 分解之后的两个O原子分别吸附在Si的顶位和相邻碳环的两个碳原子的桥位; 4) 电子结构分析表明吸附的O2从Si-Gra获得较多电荷, 从而被活化. 总之, Si-Gra具有较强的催化氧气还原能力, 是一种潜在的良好的非金属氧还原催化剂.     

Size-selected Au clusters deposited on SiO2/Si: Stability of clusters under ambient pressure and elevated temperatures

This study examined the oxidation and reduction behavior of mass-selected Au clusters consisting of 2-13 atoms deposited on silica. An atomic oxygen environment was used for the oxidation of Au. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to identify Au(III) and Au(O). Au₅, Au₇ and Au₁₃ clusters deposited on the as-prepared SiO₂/Si substrates were highly inert towards oxidation, whereas the other clusters could be oxidized, i.e. the chemical property drastically changed with the number of atoms in a cluster. The size-selectivity in chemical reactivity remained unchanged upon air-exposure. The chemical properties of the deposited Au clusters were unchanged after annealing at 250 °C. Annealing at higher temperatures caused structural changes to the surface, as determined by the oxidation behavior. XPS of the deposited Au clusters upon annealing indicated charge transfer from Au to silica.     

Pt_nAl(n=1—8)小团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,在BPW91/LANL2DZ水平下详细研究了Pt n Al(n=1—8)团簇的几何结构、稳定性和电子性质.同时,分析了团簇的结构演化规律、平均结合能、二阶能量差分、能隙、磁性、Mulliken电荷和电极化率.结果表明:除Pt2Al外,所有Pt n Al(n=1—8)团簇的基态几何结构都可以用Al原子替换Pt n+1基态构型中的Pt原子得到,且Al原子位于较高的配位点上.二阶能量差分、能隙的分析结果表明,PtAl和Pt4Al团簇相对其他团簇具有较高的稳定性.Mulliken电荷分析表明,Al原子所带的电荷转移到Pt原子上,Al原子是电荷的捐赠者.磁性的分析说明,单个Al原子的加入对Pt n团簇的平均每原子磁矩随尺寸的变化趋势没有影响,但总体上降低了Pt n团簇的平均磁矩.极化率的研究表明,富Pt团簇的非线形光学效应强,容易被外场极化.