MgPn(n=1～10)团簇的最低能量结构与稳定性的密度泛函研究

利用杂化密度泛函B3LYP方法在6-311G基组水平上对MgPn(n=1～10)团簇进行了几何构型优化和频率分析,得到了各个尺寸团簇的最低能量结构,并对体系的最邻近键长、平均结合能、裂化能、二阶能量差分进行了计算和分析. 结果表明: MgPn(n=1～10)团簇中Mg原子没有嵌入P团簇中,在n≥4时,MgPn(n=1～10)团簇最低能量结构的几何构型可以看作一个Mg原子直接替代纯磷团簇的P原子获得. 在优化得到的最低能量结构的基础上,发现可以用平均结合能和Mg-P间最邻近键长来共同描述MgPn(n=1～10)团簇稳定性的变化,MgPn(n=1～10)团簇在n=2,4具有较高的稳定性. 与纯磷团簇相比,MgPn(n=1～10)团簇的对称性与稳定性都有所降低.     

PdnAu(n=1-5)团簇的结构与性质研究

在相对论有效原子实势近似下,用密度泛函方法(B3LYP/LANL2DZ)计算了掺杂二元合金PdnAu(n=1-5) 团簇可能的几何构型和对应的电子态,讨论了团簇的稳定性,得到一系列稳定异构体的结构参数、电子态、能量和谐振频率,部分稳定构型具有较高的自旋多重性.结果表明,Pd-Au相互作用较强、改变了纯钯团簇的稳定构型, 合金团簇的稳定性随体积增大而降低.     

氮化镓(Ga_nN)团簇的结构性质研究

研究了镓团簇掺杂一个氮原子后团簇的结构特性.通过遗传算法结合密度泛函理论(DFT)计算出了GanN团簇的最低能量结构.结果发现当n<11时,GanN最低能量结构均是N原子位于中心的构型;n≥11时,GanN最低能量结构与相应尺寸的纯镓团簇的结构已经基本相同.     

Cu_nZn(n=1～12)团簇结构和性质的第一性原理研究

采用PW91交换关联势和全电子相对论赝势,对Cu_nZn(n=1～12)团簇进行了密度泛函理论计算。结果表明,Cu_nZn(n=1,3,4,6～12)团簇的最低能量几何结构可以通过Zn原子替换在Cu_n+1团簇中一个Cu原子或者在Cu_n团簇添加一个Zn原子来产生。但是Cu_2Zn和Cu_5Zn的基态结构变化较大,Cu_2Zn为线性结构而Cu3为平面结构,Cu_5Zn为立体结构而Cu6为平面结构,其变化的主要原因来源于它的电子结构。在与相应的纯Cu团簇中的Cu-Cu键相比时,Cu_nZn团簇的Cu-Zn键较弱,且键长较长,并且Cu_nZn团簇中远离Zn原子的大部分Cu-Cu键比纯Cu团簇中Cu-Cu键强。在掺杂Zn原子后Cu_n团簇的二阶差分能产生了非常明显的奇偶转换现象。     

钯团簇掺杂钇原子的密度泛函研究

在相对论有效原子实势近似下,用密度泛函方法(B3LYP/LANL2DZ)计算了二元合金团簇PdnY(n=1-5)可能的几何构型和对应的电子态,得到一系列稳定异构体的结构参数、电子态、能量和谐振频率.用最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(HOMO)之间的能级间隙描述团簇的稳定性,Pd2Y团簇的能级间隙最大,PdY团簇的能级间隙最小.Pd-Y相互作用改变了纯钯团簇的几何构形和稳定性.计算结果对系统研究Pd-Y体系的物理化学性质具有意义.     

笼型Li6Si5团簇的结构和储氢性能研究

利用密度泛函M06方法,在6-311+G(d, p)基组水平上对Si_5和Li修饰的Si_5团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行理论计算研究.结果表明, Si_5团簇最低能量构型为笼型结构,纯Si_5团簇不能有效吸附氢分子. Li原子的引入显著改善了Si_5团簇的储氢能力.以六个Li原子穴位修饰Si_5团簇为载体,每个Li原子周围可以有效吸附三个氢分子,其氢分子的平均吸附能为2.395 kcal/mol,储氢密度可达16.617 wt%.合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si_5团簇有望成为理想的储氢材料.     

密度泛函理论研究CrnB和Crn团簇

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对CrnB和Crn团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算。结果表明,CrnB团簇的最低能量结构可以通过B原子代替相应的Crn＋1团簇中的Cr原子生长而成。除了局域的结构畸变,CrnB和Crn＋1团簇具有相似的几何结构。二阶能量差分和分裂能表明Cr4,Cr6,Cr8,Cr3B,Cr5B和Cr8B是稳定的团簇。通过电子性质的分析发现B原子的掺杂提高了纯团簇的稳定性。当B原子掺杂在Crn中,团簇的稳定性主要由几何结构决定;B原子的掺杂没有改变cr原子的耦合方式,但是打破了Cr原子的对称性。对于大多数团簇来说,B原子掺杂提高了Crn的磁矩。     

双金属团簇Au_nM_2的几何结构、电子结构和磁性的研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法系统研究了双金属小团簇AunM2(n=1,2;M=Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd)的几何结构、稳定性、电子结构及磁性,给出了这些团簇的基态稳定构型.计算结果表明,Au与4d元素可形成大量低能异构体.有些异构体在结构上相近,这不同于共价键或离子键类型的团簇.与纯过渡金属团簇类似,双金属小团簇AuM2,Au2M2也表现出复杂的磁性,其中过渡元素的磁矩相比体材料而言既有增强也有减弱,与轨道的交换劈裂密切相关.     

双金属团簇AunM2的几何结构、电子结构和磁性的研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法系统研究了双金属小团簇AunM2（n=1,2;M=Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd）的几何结构、稳定性、电子结构及磁性,给出了这些团簇的基态稳定构型.计算结果表明,Au与4d元素可形成大量低能异构体.有些异构体在结构上相近,这不同于共价键或离子键类型的团簇.与纯过渡金属团簇类似,双金属小团簇AuM2,Au2M2也表现出复杂的磁性,其中过渡元素的磁矩相比体材料而言既有增强也有减弱,与轨道的交换劈裂密切相关.     

X掺杂团簇Bn+1(n=1~11; X=Be, Mn)的密度泛函研究

本文利用密度泛函理论对BnX(n=1~11; X=B, Be, Mn)基态结构、稳定性、电子构型与磁性开展了系统研究. 结果表明: 团簇BnX( n=5~11; X=Be, Mn)中的X原子均位于高配位,BnBe的基态构型为多重度为1或2的低重态;团簇BnX的平均结合能均随尺寸的增大而逐渐增大,n取值相同时,Bn+1团簇的平均结合能最高. HOMO-LOMO能隙结果表明, 掺杂铍原子、锰原子有利于提高纯硼团簇的化学活性;团簇BnBe中的Be原子是电荷的受体,团簇BnMn中Mn原子轨道电子表现出显著的spd杂化;团簇BnX (X=B,Be)中的开壳层结构磁矩主要由2p轨道贡献. 团簇BnMn均为开壳层结构,总磁矩主要由Mn3d轨道贡献. 随着团簇BnMn尺寸的增大,Mn原子的配位数增大,B-Mn平均键长增大,Mn3d轨道磁矩减小而导致团簇的总磁矩减小.     

GemSin(m=1,2;n=1～7)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对GemSin(m=1, 2;n=1～7)团簇的结构及稳定性进行了研究. 在B3LYP/6-311G水平上进行了结构优化和频率分析,得到了各团簇的最低能量结构. 对最稳定结构的二阶能量差分、分裂能、成键特性等性质进行了理论研究. 结果表明:GemSin团簇的稳定结构与Sis(s=m n)团簇的结构相似,相同尺寸的混合团簇原子间的成键特性非常相似,这为找到大尺寸的GemSin团簇稳定结构提供了一条有效途径. 电荷主要是从Ge原子转移到Si原子. 在所研究的团簇中,GeSi3, GeSi6, Ge2Si2, Ge2Si5的结构较稳定.     

马氏体钢中铬原子对空位-氦团簇作用的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法研究了Cr原子对纯Fe和Fe9Cr合金中空位-氦(VacHe_n)团簇类型缺陷的影响.研究发现小的He_n团簇也会引起强烈的晶格畸变,尤其是He_n团簇周围的自间隙Fe原子倾向于产生自发射现象,即：Fe原子仍然倾向于从He_n团簇附近转移到无穷远,但当n>2时Fe9Cr的空位形成能低于纯Fe,这表明Cr原子可以在一定程度上提高Fe原子在He_n团簇周围的稳定性.另外,VacHe_n在纯Fe中比在Fe9Cr合金中更稳定,并且Fe9Cr合金中的空位团簇对He原子的俘获能的明显小于纯Fe中的俘获能,这表明溶解Cr原子的斥力会削弱He原子的聚集.研究结果有助于阐释He泡马氏体钢的生长机理及其对其稳定性和机械性能的影响.     

Pbn(n=2～9)团簇的几何结构和电子特性

在相对论有效原子实势（RECP）近似下,用密度泛函中的B3LYP/LANL2DZ方法,对纯Pbn（n=2-9）团簇的各种可能几何构型进行全优化计算,得到它们的基态结构和电子特性;分析了其形成规律;并计算了团簇的能级分布和最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）之间的能级间隙（HLG）,分析了团簇的化学活性.     

Co掺杂ZnSe团簇稳定性和磁性质

采用密度泛函理论研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑了三种掺杂方式:替代掺杂、外掺杂和内掺杂.首先比较了各种掺杂团簇的稳定性.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构,双掺杂时,内掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂团簇又进行了磁性计算.团簇磁矩主要来自Co-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上也产生少量自旋.最重要的是,我们指出内双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

分子动力学对Ga_6As_6离子团簇结构和稳定性的研究

采用全势能线性Muffin-tin轨道分子动力学方法(FP-LMTO-MD)详细研究了带电后Ga6As6离子团簇结构和稳定性的变化.找到了一价正负Ga6As6离子团簇的基态结构,结果表明这两结构类似但与中性团簇的基态结构不同.在离子化过程中,发现当中性团簇加上1~2个电子时,其稳定性增加,再继续增加电子会使其稳定性下降;但在中性团簇失去电子时,团簇的稳定性随着电子的丢失直线下降.     

小Al-Ni合金团簇的结构

本文连用了基于紧束鳟模型的Gupta多体势,采用遗传算法研究了团簇的原子数目为13和19以及21的Al-Ni混合团簇的基态构形.将Al团簇中的一个或多个Al原子替其成Ni原子,Aln团簇的基态构形转化为象Ni团簇一样规则的,具有高对称性的结构.当替换的Ni原子数目增加时,混合团簇会形成一些复杂结构.     

不同大小的Co和Ni团簇性质的理论计算

在密度泛函理论的基础上 ,对不同大小的三个Ni和三个Co团簇的电子结构进行了全电子、全势场计算 ,得到了团簇的电子结构 .计算结果显示 ,钴、镍团簇的金属性和铁磁性不随团簇大小改变 .由于电荷转移现象 ,钴、镍团簇的最外层原子表现出正离子性 ,且各层原子的自旋磁矩从最外层到里层呈现大小交替变化现象 .团簇单原子平均磁矩随团簇大小的变化与实验结果符合     

Yn(n=2-8)小团簇的结构与稳定性研究

采用密度泛函DFT中的B3LYP方法,选择LANL2DZ基组,优化并得到了Yn（n=2-8）小团簇的基态平衡结构,计算出了团簇的原子化能.结果表明,钇原子之间形成团簇最稳定的结构是倾向于平均配位数最大,十分类似于惰性元素的“软球模型”;团簇的平均原子化能随团簇的增大而增加.     

NaB5Hn团簇的几何结构与电子性质的理论研究

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311-g(d)基组水平上对NaB5Hn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:并对最稳定结构的平均结合能(Eb),二阶能量差分(Δ2E)和能隙(Eg)等进行了理论研究:结果表明,随着氢原子数的增加,NaB5Hn团簇的结构由平面转变为复杂的三维立体结构,当氢原子数小于4时,簇的结构为平面构型,其他所有的团簇都是三维立体结构;NaB5Hn团簇的平均结合能、二阶差分能和能隙等均表现出明显的"奇-偶"振荡和"幻数"效应;NaB5H8,NaB5H12,NaB5H 18和NaB5H20团簇稳定性大于NaB5Hn中的其他团簇,为NaB5Hn团簇中最稳定的几种团簇.     

Mn掺杂(ZnTe)12团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了Mn原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质.我们考虑了两种掺杂方式:替代掺杂和间隙掺杂.首先比较了各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,对于单掺杂,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,间隙掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂团簇又进行了磁性计算.团簇磁矩主要来自Mn-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Te原子上也产生少量自旋.