Si3N4团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用杂化密度泛函B3LYP在6-31G*的水平上研究了Si3N4团簇可能结构的平衡几何构型和电子结构,得到了24个可能的异构体.Si3N4团簇的最稳定结构是由7个Si—N键和2个N—N键形成的3个四边形构成的三维结构.用自然键轨道方法(NBO)分析了成键性质,结果表明,Si—N键中的Si、N原子的净电荷较大,说明Si—N键中Si、N原子的相互作用主要是电相互作用.最强的IR和Raman峰分别位于1033.40 cm-1,473.63 cm-1处.并且讨论了最稳定结构的极化率和超极化率.     

Density functional theory study on the structure and properties of Si3N4clusters

The hybrid density functional theory B3LYP with basis sets 6-31G· has been used to study on the equilibrium geometries and electronic structures of possible isomers of Si3N4 clusters. 24 possible isomers are obtained. The most stable isomer of Si3N4 is a 3D structure with 7 Si-N bonds and 2 N-N bonds that could be formed by 3 quadrangles. The bond properties of the most stable isomer was analyzed by using natural bond orbital method (NBO), the results suggest that the charges on Si and N atoms in Si-N bonds are quite large, so the interaction of N-Si atoms in Si3N4 cluster is of strongly electric interaction. The primary IR and Raman vibrational frequency located at 1033.40 cm-1, 473.63 cm-1 respectively. The polarizabilities and hyperpolarizabilities of the most stable isomer are also analyzed.     

Si_4N_4团簇结构与性质的密度泛函理论研究(英文)

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对Si4N4团簇的可能结构进行了几何结构优化和电子结构计算,得到了可能的17个异构体.Si4N4团簇的最稳定结构是有8个Si-N键的平面结构.用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质.计算结果表明,Si-N键中Si原子向N原子有较大的电荷转移,因此Si-N原子间有较强的电相互作用;最强的IR和Raman谱峰分别位于1387.64cm-1和1415.05cm-1处;并计算了Si4N4团簇的最稳定结构的极化率和超极化率.     

Ca掺杂Si团簇的几何结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d,p)基组水平,对CaSi_n(n=1~10)的结构进行优化,得出各个尺寸下团簇处于最低能量的结构模型,并对其稳定性等物理化学性质进行理论研究,表明CaSi_2、CaSi_5和CaSi_9为幻数团簇.     

Structures and electronic properties of SimN8-m（0 〈 m 〈 8） clusters： a density functional theory study

The geometries, electronic structures and related properties of SimN8-m（0 〈 m 〈 8） clusters are studied using density functional theory （DFT） with hybrid functional B3LYP. The calculated results reveal several trends. For any stoichiometric clusters, the lowest energy isomers with an alteration of N and Si atoms are favourable in energy if the numbers of Si and N atoms are large enough to form ... Si N-Si-N... alternative chains. The bond lengths of single Si-N bonds are very close to the corresponding values of the bulk and other SiN clusters. The geometries for N-rich and Si4N4 clusters are planar structures, but three-dimensional structures are favourable in energy for Si-rich clusters. With the increase of m, the isotropic polarizability and average polarizability increase, the total binding energies generally decrease, the HOMO-LUMO gap and vertical ionization potential oscillate with increasing number of valence electrons, and their values with even valence electrons are larger than those with odd valence electrons. The atomic charges, IR and Raman properties are also reported.     

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.     

C@Al_(12)团簇吸附H的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论的方法研究了C@Al12Hn(1≤n≤7)团簇的结构和稳定性.n为偶数的C@Al12Hn具有更高的稳定性,大的HOMO-LUMO能隙、H原子的结合能以及高的垂直电离势表明这些团簇具有很高的物理和化学稳定性.最高占据分子轨道电荷密度分析显示,偶数n的C@Al12Hn团簇中,一对H原子倾向于占据相反的位置.变形电荷密度分析表明H原子与主体C@Al12之间的结合表现为共价键的特征.对奇数n的C@Al12Hn都具有1μB的磁矩.     

Density functional study on structural and electronic properties of bimetallic gold--yttrium clusters: comparison with pure gold and yttrium clusters

Employing first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Augold--yttrium bimetallic cluster, density functional theory, HOMO--LUMO gap, equilibrium structureProject supported by the Education Committee of Chongqing (Grant No KJ051105) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No 10276028).3640, 3640B, 3120A, 3130J9/1/2007 12:00:00 AMEmploying first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Augold--yttrium bimetallic cluster, density functional theory, HOMO--LUMO gap, equilibrium structureProject supported by the Education Committee of Chongqing (Grant No KJ051105) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No 10276028).3640, 3640B, 3120A, 3130J9/1/2007 12:00:00 AMEmploying first-principles methods, based on the density functional theory, this paper investigates the ground state geometric and electronic properties of pure gold clusters, pure yttrium clusters and gold clusters doped each with one yttrium atom. It is shown that the average bond lengths in the Au$_{n - 1}$Y($n \le $9) bimetallic clusters are shorter than those in the corresponding pure gold and yttrium clusters. The most stable isomers of the yttrium-doped gold clusters tend to equally delocalize valence s, p and d electrons of the constituent atoms over the entire structure. The Y atom has maximum number of neighbouring Au atom, which tends to be energetically favourable in the lowest-energy equilibrium structures, because the Au--Y bond is stronger than the Au-Au bond. The three-dimensional isomers of Au$_{n - 1}$Y structures are found in an early appearance starting at $n$=5 (Au$_{4}$Y). Calculated vertical ionization potential and electron affinities as a function of the cluster size show odd-even oscillatory behaviour, and resemble pure gold clusters. However, one of the most striking feature of pure yttrium clusters is the absence of odd-even alternation, in agreement with mass spectrometric observations. The HOMO--LUMO gap of Au$_{3}$Y is the biggest in all the doped Au$_{n - 1}$Y($n \le $9) bimetallic clusters.     

密度泛函理论研究KBn(n=1-9)团簇的结构和性质

在密度泛函理论的框架下, 采用广义梯度近似(GGA)研究了KBn(n=1-9)团簇的基态几何结构, 系统计算了平均结合能Eb、二阶能量差分△2E、劈裂能D(n,n-1)、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙, 研究表明: KBn(n=1-9)团簇, 随着团簇尺寸的变化, 其稳定性逐渐增强, 其中 KB3和KB5为幻数团簇; KBn(n=1-9)团簇的能隙随团簇总原子数的增加呈现振荡变化, 态密度分析得到能隙振荡变化的原因是团簇带隙的差异.     

密度泛函理论研究KB_n(n=1-9)团簇的结构和性质

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似(GGA)研究了KB_n(n=1-9)团簇的基态几何结构,系统计算了平均结合能Eb、二阶能量差分△2E、劈裂能D(n,n-1)、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙,研究表明:KB_n(n=1-9)团簇,随着团簇尺寸的变化,其稳定性逐渐增强,其中KB_3和KB_5为幻数团簇;KB_n(n=1-9)团簇的能隙随团簇总原子数的增加呈现振荡变化,态密度分析得到能隙振荡变化的原因是团簇带隙的差异.     

MgmBn(m=1,2;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Mg_mB_n(m=1,2;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、电离势、成键特性、极化率和超极化率等性质进行了理论研究.结果表明，团簇的最稳定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原子通常处在端位，且显正电性；团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存，极少出现Mg-Mg键， 关键词： mB_n(m=1')" href="#">Mg_mB_n(m=1 n=1-4)团簇 密度泛函理论 结构与性质     

氧化镁纳米管团簇电子结构的密度泛函研究

用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G（d）基组水平上对MgO纳米管团簇的二元环双管、三元环、三元环双管三种构型共21个团簇进行优化,对各构型的平均结合能、能隙、平均原子电荷以及总电荷密度进行了理论研究. 结果表明,平均结合能和配位数呈线性关系;随着纳米管的生长,团簇的稳定性增加,其中以三元环纳米管最为稳定;生长过程中发生原子间的电荷转移现象,预测出至无限长时的平均原子电荷分别为1298,1270,1306;混合离子共价键始终存在于MgO纳米管团簇之中. 关键词： 氧化镁 纳米管团簇 密度泛函理论 电子结构     

3d过渡金属掺杂M_2@Si_(20)(M=Sc-Zn)团簇的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究3d过渡金属掺杂硅团簇的几何结构和稳定性,计算了绝热电子亲和能和垂直电离能,内嵌双金属间距,自旋磁矩等.结果表明内嵌的Sc、Ti、V、Mn金属二聚体和十二面体硅笼构成了稳定的富勒烯结构,随着d电子数目的增加其内嵌的富勒烯构型有部分畸变,总体而言Si_(20)团簇掺杂双金属后稳定性得到了提高.     

经式8-羟基喹啉铝的光谱与激发性质密度泛函

经式8-羟基喹啉铝(mer-Alq3)是一种光电性能优良的小分子有机半导体发光材料.本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法和基组对其进行结构优化,计算并研究了该分子的红外光谱、拉曼光谱和前线轨道.计算得到的红外光谱、拉曼光谱均与实验相符.前线轨道表明基态最高占据轨道(HOMO)的电子云主要集中在苯酚环,最低未占据轨道(LUMO)的电子云主要集中在吡啶环.用含时密度泛函理论(TDDFT)计算得到紫外-可见吸收光谱,采用空穴-电子分析法研究了电子激发特征.结果表明:电子从基态到激发态的跃迁,主要是8-羟基喹啉环内或环间的电荷转移,以π-π*跃迁为主,包括局域激发和电荷转移激发两种类型.本工作对mer-Alq3分子发光机理提出更深入的认识,能为进一步提高该分子发光效率和调控分子的发光范围提供一定的理论指导.     

Eu_mSi_n(m=1～2,n=1～8)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似（GGA）研究了Eu₂Si_n（n=1～7）团簇的基态几何结构,系统计算了平均结合能E_b、二阶能量差分△₂E、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙,并与已有的EuSi_n（n=2～8）团簇相关数据作对比分析.研究表明:单Eu原子比双Eu原子掺杂的Si团簇具有更高的稳定性,EuSi₃、EuSi₆、Eu₂Si₄团簇较相应邻近团簇结构稳定;Eu_mSi_n（m=1～2,n=l～8）团簇的能隙随着团簇总原子数的增加呈现振荡变化,态密度分析得到能隙振荡变化的原因是S原子的s轨道与Eu原子的p轨道发生了杂化.     

密度泛函理论研究Hg与Auqn(n=1—6, q=0,+1,-1) 团簇的相互作用

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Hg与小团簇Au ^q_n (n=1—6, q=0, +1, -1)的相互作用进行了系统研究. 结果表明,除Au₅^+,-团簇外,前线分子轨道理论可以成功预测大部分Au _n Hg ^q 复合物的最低能量结构. Au_n团簇对Hg的吸附受团簇尺寸大小和团簇所携带电荷的影 关键词： 密度泛函理论 汞 金团簇 吸附能     

中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究

使用密度泛函B3LYP方法,在6-31G*和6-311+G**基组水平上计算中性和阳离子丁酮团簇(CH_3COC_2H_5)_n和(CH_3COC_2H_5)_n~+(n 7)的稳定结构,并比较不同尺寸团簇之间的相对稳定性.中性和阳离子丁酮团簇的结构具有相似性:n=3—7时,组成团簇的丁酮的平均几何参数基本相同,单环结构最稳定;随着团簇尺寸的增加,双环结构的稳定性逐渐上升.通过平均结合能、一阶差分能、HOMO-LUMO能隙等计算分析可知:在所研究的各种尺寸团簇中,(CH_3COC_2H_5)_3是最稳定的中性团簇,与实验中的最强峰对应;(CH_3COC_2H_5)_4~+是最稳定的阳离子团簇.通过电离能计算得到丁酮分子的垂直电离能为9.535 eV与实验值相符,同时证明中性和阳离子丁酮二元团簇的结构变化较大.研究结果为实验中丁酮团簇碎片离子的形成机理提供一定的理论依据,并且为进一步研究酮类分子团簇的生长规律提供有价值的信息.     

TiC-和TiN-(001)表面吸附性能的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论系统研究了碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)非极性(001)表面吸附气体分子和原子的性能。鉴于这些材料拥有不同的电子结构特征,发现受电子的CO分子或未饱和的O和H原子在TiC(001)和TiN(001)表面吸附于不同的活性位点,而供电子的NH3和H2O气体分子或完全饱和的O2和H2分子仅倾向与两个表面的金属原子位点结合。这些吸附特性可能与此类材料表面的电子结构有关。     

C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体几何结构和电子结构的密度泛函计算研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似,对C₆₀富勒烯-巴比妥酸及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现：C₆₀富勒烯-巴比妥酸只有一种稳定结构,且掺杂巴比妥酸基团对C₆₀分子构型的影响是局域的.C₆₀富勒烯-巴比妥酸的二聚体有三种同素异构体,分别以［6,5］—［6,5］,［6,6］—［6,5］和［6,6］—［6,6］三种方式键合,从能隙大小顺序和总能相对大小来看,［6,6］—［6,6］结构最为稳定.电子结构方面,在C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体中,Donor-Acceptor电荷转移体系为C₆₀富勒烯-巴比妥酸,即电荷是从C₆₀向巴比妥酸转移.由前线轨道和自旋布居数得知,C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体很好地保留了C₆₀的电磁性质,但稳定性下降,易发生二次加成反应形成二聚体.对于C₆₀富勒烯-巴比妥酸二聚体,Mulliken电荷分析显示,在加成四元环处的碳原子分别得到0104e和0106e电荷,而与它们邻近的碳原子则失去电子,带有正电荷,且距加成位置越近的碳原子失去的电荷越多.在远离加成位置处,碳原子的净电荷变化相对较小.与单体152eV能隙相比,二聚体中的能隙为1.45eV.其前线轨道分布与单体相比,最高占据轨道几乎未变,但最低未占据轨道发生了很大变化. 关键词： 几何结构 电子结构 密度泛函     

第一性原理研究Be-S共掺杂AlN纳米片的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论体系下广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算了Be替代Al、S替代N和Be-S共掺杂对氮化铝纳米片的电子结构和光学性质的影响.计算结果表明,掺杂改变了氮化铝纳米片的带隙,但仍显示半导体特性. Be掺杂类型对氮化铝纳米片的晶体结构影响不大,而S掺杂和Be-S共掺杂都使得氮化铝纳米片有不同程度的弯曲.同时Be-S共掺杂中S原子起到激活受主杂质Be原子的作用,使得受主能级向低能方向移动.共掺杂比单掺杂具有更高的受主原子浓度,并减小局域化程度.光学性质也发生较大改变:S原子掺杂氮化铝纳米片的介电函数虚部出现第二介电峰,Be掺杂和Be-S共掺杂使得损失谱的能量区间有所展宽,峰值降低并向高能区移动.