Geometric and Electronic Properties of Highly Fluorinated Fullerene C74F38

Geometric and electronic properties of highly fluorinated fullerene C74F38 have been studied using the density functional theory at BLYP level with the double numerical atomic orbital basis sets with polarization functions （DNP）. The optimized geometry of C74F38, quite different from that of C74, turns into a pronounced hexahedron shape because the six stabilizing isolated benzenoid rings tend to be as far apart as possible. The HOMO-LUMO energy gap and the binding energy of C74F38 indicate that C74F38 is not only kinetically but also dynamically stable. The shorter F-C bond lengths together with the analysis of the density of states and the Mulliken populations indicate that the F-C bonds in C74F38 have both covalent and ionic characters. The Mulliken populations show that the fluorine atoms obtain about 10 electrons from the C74 cage.     

KSSOLV-GPU：一款利用GPU高效求解Kohn-Sham方程的平面波基组密度泛函理论MATLAB程序包

KSSOLV(Kohn-Sham Solver)是一款用于求解平面波基组下Kohn-Sham方程(KS-DFT)的MATLAB(Matrix Laboratory)工具箱. 在KS-DFT的基态计算中,通常自洽场迭代中Kohn-Sham哈密顿量的对角化是最昂贵的部分. 为了使得个人计算机也能够执行数百个原子的中等大小KS-DFT计算,本文提出了一种CPU-GPU的混合编程方案,通过调用MATLAB内置的并行计算工具箱来加速在KSSOLV中实现的迭代对角化算法. 比较了KSSOLV-GPU在RTX3090、V100、A100三种GPU上的性能;结果表明,对于包含128个原子的块状硅体系,与串行的CPU计算相比,混合CPU-GPU的编程可以实现约10倍的加速. 特别是其在最新的民用GPU显卡RTX3090上也具有优秀的表现,可以预想到在不远的将来,KSSOLV-GPU借助MATLAB强大的可视化能力与GPU的加速支持可以在一台配备了民用GPU显卡的个人电脑上实现常规的DFT计算分析与可视化,从而降低了材料模拟与计算领域的门槛.     

Ag4超原子在超原子分子中的SP3杂化特性

为了研究和原子类似的超原子也能用来组建分子和材料的这一特性,以正四面体的Ag₄团簇为例构建了一系列的超原子分子Ag₄X₄(X=H,Li,Na,K,Cu,Ag,Au以及F,Cl,Br)． 基于超级价键模型,可以将正四面体的Ag₄团簇视为4电子的超原子,通过比较Ag₄和C组成的代表分子Ag₄X₄(X=Au,Cl)和CX₄(X=H,Cl)的成键模式和分子轨道,可以发现Ag₄超原子与sp³杂化的C原子相似．能量计算显示超原子分子是稳定的,大能隙和高芳香性也进一步证实了它们的稳定性．     

具有碳化硅纳米线编织结构的氧化铝泡沫陶瓷的制备及性能研究

本文利用简单、高效的浆料直接发泡法制备气孔率高达96%的Al₂O₃/Si泡沫陶瓷,并选用简便、易行的焦炭埋烧工艺在Al₂O₃/Si泡沫陶瓷坯体中生长出大量SiC纳米线。通过控制烧结温度来观察分析SiC纳米线的生长形貌变化。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、BET比表面积测试仪、电子万能试验机等对泡沫陶瓷的微观结构、物相组成、比表面积、气孔率、抗压强度、热导率进行分析与表征。结果表明,1 450 ℃烧结时得到的SiC纳米线最多,纳米线在泡沫陶瓷孔壁交织缠绕。同时观察到SiC纳米线的存在改变了氧化铝泡沫陶瓷固有的脆性断裂模式,SiC纳米线可有效促进泡沫陶瓷在压缩过程中的裂纹偏转。本实验制备了一种新型的纳米线缠绕在孔壁上的三维网络结构的泡沫陶瓷,为在泡沫陶瓷内部原位生长SiC纳米线提供了新的方法,更好地拓展了泡沫陶瓷在环境过滤、催化剂载体等领域中的应用。     

STM针尖和外电场在Si（111）—7＊7表面单原子操纵中的作用

利用第一性原理的离散变分局域密度泛函方法,采用团簇模型（Ｓｉ３４Ｈ３６－Ｗ１１）来模拟ＳＴＭ操纵（Ｓｉ１１１）－７＊７表面顶角吸附原子的过程,通过分析在进行原子操纵过程中体系的能量与电子云密度分布来研究针尖和外电场的作用。     

密度泛函理论及其数值方法新进展

综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展.密度泛函理论的发展以寻找合适 的交换相关近似为主线,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相 互作用修正,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精确的计算结果. 除了交换相关近似的发展,近年来密度泛函理论向含时理论、相对论等方面的扩展也很活跃 .另外,在密度泛函理论体系发展的同时,相应的数值计算方法的发展也非常迅速.从古老 的有限差分、有限元到新兴的小波分析都被用来实现密度泛函理论的数值计算.与此同时, 线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟,使得通过密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的 体系成为可能.随着密度泛函理论本身及其数值方法的发展,它的应用也越来越广泛,一些新的应用领域和研究方向不断涌现.     

微乳液法制备球形氧化锆粉体及其分散特性的研究

以水/环己烷/曲拉通-100/正己醇四元油包水微乳体系中的微乳液滴为纳米微反应器，通过微反应器中增溶的锆盐和沉淀剂发生反应，可以制备出基本无团聚、球形度较好的纳米级氧化锆粉体，粉体粒径为30～40 nm且呈单峰分布。通过分析粉体中可溶性离子的含量及其在水中的电动行为以及悬浮体的流变特性，说明粉体具有良好的分散特性。     

碳点嫁接海藻酸钙复合结构的制备及其对Cu2+的检测

基于铜离子与碳点的荧光猝灭作用,建立了用碳点作为荧光探针来检测铜离子的新方法。该方法将碳点还原后再嫁接于海藻酸钙,从而得到一种新型的含还原碳点的海藻酸钙薄膜荧光探针。用荧光分光光度计和紫外-可见分光光度计对探针的荧光特性以及探针与金属离子的相互作用进行了研究。研究结果表明：改性后的荧光探针具有很高的荧光强度,因此可以根据探针荧光强度的变化实现对铜离子的检测,并通过乙二胺四乙酸二钠（EDTA）的作用实现对铜离子的重复检测。铜离子浓度在5×10^-6~100×10^-6 mol·L^-1范围内与该荧光探针的荧光猝灭强度呈良好的线性关系。该方法不仅可以对铜离子检测,更实现了对碳点的固载,该技术有望实现荧光探针的回收再利用。     

纳米SiO2/PEG低固相含量分散体系的流变性能

本文研究了以聚乙二醇(PEG400)为分散介质的低固相体积分数(V<10 vol;)纳米SiO2分散体系的稳态和动态的流变性能.在稳态应力实验中,当剪切速率较小时,体系具有剪切变稀现象,而剪切速率(γ·)大于临界剪切速率(γ·c)时,随剪切速率的增大,体系呈现先剪切增稠再剪切变稀的复杂变化.在动态应力实验中,体系的复合粘度随测试频率的增大而减小,并呈现剪切增稠特性.进一步研究了分散体系的pH值和固相体积分数对流变性能的影响.在酸性条件下,体系粘度较小,呈现剪切增稠现象;在中性和碱性条件下,体系粘度增大,并在高剪切应力下剪切变稀.体系的粘度随固相体积含量的增大而上升,并且由牛顿流体转变为具有剪切增稠性质的非牛顿流体.     

钒氧酞菁(VOPc)与钒酞菁(VPc)分子的扫描隧道显微镜图像模拟

利用第一性原理方法模拟了自由钒氧酞菁(VOPc)和钒酞菁(VPc)分子的扫描隧道显微镜(STM)图像,与实验观察结果相当符合.理论STM图像都显示出亚分子内结构,外围呈四叶状.其主要差异表现在VOPc分子中心处的钒氧离子在STM图像中为一空洞,而在VPc分子的STM图像中钒离子为突起的亮斑.通过分析VOPc和VPc分子的电子结构,对模拟结果给出自洽的理论解释.造成两者图像显著不同的物理原因是VPc分子在费米能级附近有明显含dz2成分的分子轨道,导致钒离子在STM图像中央为突起的亮斑.而在VOPc分子中dz2分态密度峰位由于氧原子的加入使之远离费米能级,使STM不能“看到”VOPc分子中钒氧离子. 关键词： 钒氧酞菁 钒酞菁 STM图像模拟 电子结构