N/P/As/Sb掺杂(9,0)型碳化硅纳米管的第一性原理

基于第一性原理,研究(9,0)型碳化硅纳米管壁掺杂N/P/As/Sb元素对其电子结构的影响.结果表明,随着掺杂的VA族原子半径的增加,电负性的减弱,其能带结构发生较大改变,特别是As/Sb分别取代Si原子后,其能带展示出P型半导体特性,这点不同于N原子掺杂后的半金属性,P原子掺杂后表现出的N型半导体特性.计算结果说明五族元素掺杂碳化硅纳米管并不都是N型掺杂.     

Au-Ag合金纳米管填充碳纳米管特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了Au-Ag合金纳米管同轴填充不同线径锯齿型(n, 0)碳纳米管所形成复合系统的稳定性、电子特性和力学性能.结果表明,内、外管间距约为4.20?的Au_xAg_(4-x)@(15, 0)复合系统为具有较大填充率的最稳定结构.能带结构分析表明,相对于自由Au-Ag合金纳米管复合系统的量子电导有所增加,电子态密度分析表明复合系统中的传导电子主要来源于内部Au原子和Ag原子的s电子以及外部C原子的p电子.相对于自由金属纳米管而言,碳纳米管的包裹使得金属纳米管的轴向拉伸临界应变和理想强度大大增加,有效地提高了其力学性能.     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

新型非共价相互作用——σ-hole作用的研究进展

第Ⅳ~Ⅶ主族元素的原子的σ-hole与亲核物质之间的作用,已经成为目前研究弱相互作用的热点问题.该类作用一般表示为RnX…B(n=1,2,3,4),其中X为第Ⅳ~Ⅶ主族元素的原子,B为亲核物质.RX分子σ-hole处静电势最大值(VS,max)与2个因素有关:1)X原子外VS,max值随X原子的电负性增大而减小;2)X原子外VS,max值随RnX(n=1,2,3,4)分子中X原子sp杂化中p轨道的贡献的增大而增大.     

原子非简谐振动对石墨烯吸附系统电荷分布的影响

建立了石墨烯吸附原子系统的物理模型,考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,计算了吸附原子与石墨烯原子的相互作用能,用统计物理理论和方法,得到在石墨烯上吸附原子的概率和金属原子电荷填充数随温度变化的解析表示式.以碱金属为例,探讨了电子-声子相互作用和原子非简谐振动对电荷填充数的影响.结果表明:石墨烯吸附系统的电荷填充数随吸附原子距离的增大而线性地减小,随温度的升高和电子-声子相互作用能的增大而非线性地增大;若不考虑非简谐振动,则电荷填充数与位置、温度等无关.温度愈高、电子-声子相互作用能愈小,非简谐效应愈显著.     

129Xeq+入射金属表面激发的X射线谱

用高电荷态离子¹²⁹Xe^q+ (q=25, 26, 27)轰击金属Au表面, 产生Au原子的特征X射线谱. 实验结果表明, 足够高的电荷态低速离子激发靶表面原子, 无需很强的束流强度(nA量级), 便可有效地产生重原子的特征X谱线(Au, Ma), 单离子X射线产额可达10^-8量级, 特征X射线的产额随入射离子的动能和势能(电荷态)的增加而增加. 通过Au原子Ma的特征X射线谱, 利用Heisenberg 不确定关系对Au原子的第N能级寿命进行了估算.     

单壁碳纳米管尺寸和手性对α-丙氨酸分子手性转变限域的影响

用量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++g*:UFF)方法,考察扶椅型单壁碳纳米管SWCNT(5,5),(6,6),(7,7)、锯齿型SWCNT(9,0),(10,0),(11,0)和螺旋型SWCNT(8,2),(8,3),(8,4),(9,1),(9,2),(9,3)中的α-Ala分子结构和手性转变机制.结果表明:与单体相比,当α-Ala分子限域在直径小的SWCNT中时,其C—C—C键角、C—C—N—C二面角和H—N—H键角增加较大,其他结构参数值略有增减;只存在H先在羧基内转移,手性碳上的H再以羰基11O为桥梁转移的反应通道;当α-Ala分子限域在SWCNT(5,5),(9,0),(8,2),(9,1)中时,羧基内H转移和H从手性碳转移到羰基的能垒较低;α-Ala分子限域在SWCNT中的H转移反应能垒随管径的减小而降低;不同手性的SWCNT对H转移反应能垒影响较小.     

等电子体B、N单壁碳纳米管的比较研究

采用AM1方法,本文系统地研究了扶手椅型单壁碳纳米管(C-NTs),BN杂化碳纳米管(BC2N-NTs)和全BN纳米管(BN-NTs)的结构,热力学稳定性,电离势(IP),电子亲和势(EA),最低非占据轨道(LUMO)和最高占据轨道(HOMO)的能级差(Eg)及张力等性质.计算结果表明:当n值一定时,(n,n)C-NTs(n=3,4,5,6)的直径最大,BN-NTs的直径最小;(n,n)C-NTs和BC2N-NTs的Eg(HOMO-LUMO)和n的数值有关系;而(n,n)BN-NTs的Eg(HO-MO-LUMO)和n值关系不大.POAV分析表明了,不同的杂化原子对组成纳米管原子的杂化方式和纳米管的张力有不同的贡献.     

配体保护下Zn_mCd_nSe_(10)(m+n=10)量子点的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论研究了PH_3配体与Zn_mCd_nSe_(10)(m+n=10)三元量子点相互作用形成的吸附产物的结构和性质.Zn_mCd_nSe_(10)量子点中的Zn和Cd金属原子分别与PH_3中的P原子形成Zn–P和Cd–P配位键,其吸附能、最低空轨道(LUMO)和态密度(PDOS)等性质随着掺杂Zn原子的增多而逐渐变化.研究发现随着Zn原子增多使PH_3配体的平均吸附能和最高占据轨道-最低空轨道(HOMO-LUMO)能隙值逐渐增大,表明掺入Zn阻碍了电子从HOMO转移到LUMO,其LUMO轨道主要分布在Zn_mCd_nSe_(10)量子点主体.其转移的电荷变化不大,各个吸附产物的态密度中p轨道占主导.     

磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

金纳米颗粒与表面活性剂相互作用的XAFS研究

利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)等技术研究了不同种类表面活性剂对反应生成的金纳米颗粒的原子和电子结构的影响.XAFS和电镜结果表明三苯基膦、十二胺和十二硫醇3种表面活性剂与金纳米颗粒的相互作用依次增强,三苯基膦分子中的P原子与金纳米颗粒表面的Au原子产生弱的物理吸附,生成的金纳米颗粒的尺寸为7.2 nm;而十二胺和十二硫醇则分别以头基N原子和头基S原子与金纳米颗粒表面的Au原子形成强的Au—N和Au—S共价键,有效地阻止金纳米颗粒的长大和聚集,其颗粒尺寸为3.1 nm.同时,金纳米颗粒中第一近邻Au—Au键长由三苯基膦的2.82减小到十二硫醇的2.79,相应的配位数则由11.3减少为10.1,这是由于十二硫醇与纳米颗粒具有强的相互作用导致.XAFS的近边谱表明在十二硫醇覆盖的情况下可以观察到明显的表面Au原子的电子转移现象.     

B_(16)N_(16)Li_n(n=1,2,3,4,6,12)团簇的电子结构及稳定性

基于密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法,研究了Li原子与B16N16团簇的结合方式和稳定性,并分析了电子结构.结果表明,2个Li原子担载到1个B原子形成2个B-N键时最稳定,Li原子的平均结合能约为1.0eV,大于Li原子之间的结合能,Li原子不会在团簇表面发生聚集.在B16N16Lin(n=1,2,3,4,6,12)体系中,Li原子向团簇转移电子,随着Li原子数目的增加,Li原子的净电荷由0.72e减少到约0.50e,Li原子的2s轨道形成的占据轨道不断升高,体系的能隙由2.64eV减小到1.59eV.     

Ne原子在纳米碳管中的动力学模拟

采用TLHT势和经典分子动力学方法,对Ne原子进入单壁纳米碳管（single—wall carbon nanctube,SWCNT）的动力学过程进行了模拟．根据计算结果,讨论了Ne原子在SWCNT形成稳定振荡的条件及其振荡频率的影响因素．研究表明,Ne原子在碳管半径范围为3．5～6．1A可以稳定性振荡,而与SWCNT的类型无关．同时还发现Ne原子的振荡频率与管径、管长和螺旋性有关,随管径和管长的增大而减小,而Ne原子在扶手椅型纳米碳管的周期比在锯齿型的纳米碳管的周期长,表明原子在扶手椅型纳米碳管中滑动摩擦阻力比后者要大．     

多层石墨烯纳米带的法向热传导

为了探讨纳米带横截面积和制造过程中可能引起的凸起结构对多层石墨烯纳米带法向热传导的影响,采用了能够反映纳米尺度下声子波属性和量子效应的原子格林函数方法来进行计算研究.结果表明,石墨烯纳米带单位面积法向热导与横截面积呈负相关,并最终趋近于体态值100 M W/(m2·K).造成此现象的原因是随着横截面积的增大,增加的声子支主要位于高频区域,而相对于低频声子,高频声子在界面处的透射值较小.另外,声子局域态密度和透射函数的计算结果表明,凸起会改变热流的传递方向和降低热流传递的效率,从而减小法向热导.     

原子高激发态的激光增强电离光谱(LEIS)

研究了可谐染料激光激励火焰中的Rb,K原子从基态跃迁到高激发态下的激光增强电离光谱(LEIS),检测到Rb原子从基态5s~2S_(1/2)跃迁到高激发态np~2P_(1/2,3/2)~0(n=13～20),K原子从基态4s~2S_(1/2)跃迁到高激发态np~2P_(1/2,3/2)~0(n=19～24)的LEI信号及Rb,K原子的光谱特征。     

不同金属对硼球烯的修饰作用

系统研究了3类金属,包括碱金属(M=Li、Na、K)、碱土金属(M=Be、Mg、Ca)及部分过渡金属(M=Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au)修饰的B40的结构与稳定性,发现除Na和Ca是内嵌结构稳定以外,其余金属原子都倾向于形成外挂结构.随着金属原子数目的增多,Li,Na,K,Ag的平均结合能变化不大;而Be、Mg、Ca、Ni、Pd、Cu则与B40腰上的4个七元环作用能量上更有利,故当原子数目大于4时,平均结合能有所升高.Pt的原子数目升高到6时,B40笼子的主体已经严重变形.此外,随着金属原子数目增多,Ag原子有可能会团聚成金属团簇,Au不仅会形成小的Au团簇,还会改变B40的主体结构,从而形成更复杂的相结构.Bader电荷分析表明,碱金属和碱土金属与B40笼子的离子作用更强,而过渡金属原子则主要以共价作用或配位作用与B40相结合.该研究结果表明Ni有可能是稳定B40笼子的较好选择,其次是Pd.Ni、Pd的掺杂有可能帮助实验实现这一特殊硼球烯结构的制备.     

双模压缩真空态在Tavis-Cummings模型中的原子关联

考虑了原子的偶极相互作用.通过计算Tavis-Cummings模型下压缩真空态的原子关联,阐明了在双模压缩真空态与环境(原子)通过双光子发生相互作用过程中量子关联随时间的演化关系.通过计算机模拟出两原子处于各种初态下时原子交叉关联随时间的演化图象,分析出在压缩指数r、偶极相互作用常数ga和相位φ等改变时的变化情况,结果表明k值的改变对于原子关联具有重要意义.当两原子处于激发态和当两原子处于一Bell基时时增大k都可以提高体系的原子关联程度.     

Au原子在H-Si（001）表面扩散的研究

本文用第一原理总能理论研究了金属Au在H-Si(001)表面的吸附与扩散。计算表明,Au原子的吸附不能打破Si二聚体键,其稳定吸附位置处于一个Si二聚体的中部;同时还给出了Au原子处于其它位置时的能量以及相对于Si(001)表面的高度,分析了Au原子在H-Si(001)表面的可能扩散路径。     

扶手椅型单壁碳纳米管的尺寸对赖氨酸分子手性转变反应的限域影响

采用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,研究了限域在几种不同尺寸的扶手椅型单壁碳纳米管内赖氨酸分子的手性转变机理.结构分析表明:随着纳米管管径的减小,限域其中的赖氨酸分子构型的形变越来越明显,骨架碳原子间的键角明显增大;手性碳上的H与氨基N的距离逐渐变小.反应通道研究发现:标题反应在不同尺寸的纳米管内具有不同的通道,在SWCNT(5,5),SWCNT(6,6)和SWCNT(7,7)分别具有1个、4个和3个反应通道.势能面计算表明,赖氨酸限域在SWCNT(5,5)时,手性转变的吉布斯自由能垒被降到最低值192.8kJ·mol-1,是由手性碳上的质子向氨基氮和氨基上的质子向羰基氧双质子协同迁移的过渡态产生的.与裸反应的此通道决速步能垒252.6kJ·mol-1相比较有显著降低.结果表明:SWCNT(5,5)对赖氨酸的手性转变反应具有较好的限域催化作用,可作为实现赖氨酸旋光异构的纳米反应器.     

NEMD方法:预测修饰型(6,6)单壁碳化硅纳米管的热导率

采用了非平衡分子动力学方法,分别计算了相同管径下N、P修饰碳化硅纳米管的热导率.得到了热导率随掺杂原子数占总原子数的百分比变化的曲线,进而根据这些曲线,讨论掺杂原子数占总原子数的百分比对碳化硅纳米管热导率的影响,以及掺杂原子不同导致的热导率差异.研究结果表明,由于掺杂存在于晶格结构中,声子平均自由程的大小将会受到不可忽视的影响.在相同条件下,掺杂原子数占总原子数的百分比越大,声子与杂质之间的散射概率也随之增大,热阻变大,碳化硅纳米管热导率越小.P修饰的(6,6)单壁碳化硅纳米管的热导率下降趋势明显高于N修饰的(6,6)单壁碳化硅纳米管.