金属纳米团簇结合能的计算模型

金属团簇在尺寸较小时一般为多面体形.通过考虑团簇的内部原子、面上原子、棱上原子以及顶点原子对团簇结合能的贡献,将键能模型推广至纳米团簇体系.计算表明,虽然棱上原子以及顶点原子对大尺寸微粒的结合能贡献不大,但对于团簇的结合能计算则特别重要.推广后的键能模型可以被用来研究不同形状团簇的结构稳定性和熔化热力学等.     

硅烯在水化硅酸钙表面成核与生长的理论研究（英文）

硅烯作为一种新兴二维材料,与水化硅酸钙(C-S-H,硅酸盐水泥最主要的水化产物)同为硅质基底材料,将其与水化硅酸钙复合或能有效提高水化硅酸钙的韧性。基于分子动力学模拟技术,探索了单层硅烯在水化硅酸钙表面成核生长的可能性。模拟结果显示,通过与沉积硅原子形成高强度的Si—O—Si键,水化硅酸钙表面的高反应活性非桥接氧原子(NBOs)促进了硅原子团簇的成核,已成核的硅原子团簇在水化硅酸钙表面均匀分布。随着硅原子的进一步沉积,已成核的硅原子团簇进一步生长,通过桥接键的形成和团簇形状的改变,相邻的小团簇发生合并,形成大团簇。最终,一片较为完整的单层硅烯在水化硅酸钙表面生长出来,且表面覆盖率高。在上述过程中,硅原子的沉积速率以及沉积温度对硅烯的成核和生长过程具有一定的影响。该研究为无机材料表面沉积二维材料开辟了前景,并揭示了其界面处的原子堆积机制。     

分子氧在Con小团簇吸附的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的Dmol3程序广义梯度近似PBE泛函,系统研究了Con（n =1~5）团簇及其对分子氧（O2）（垂直和平行）吸附后的ConO2团簇几何结构、稳定性和电子性质。结果表明：Con团簇的结合能随团簇数目的增加而增大,变化趋势趋于平缓,稳定性增强;分子氧在Con团簇顶位、桥位、空位的吸附稳定性、Co—O键长、O—O键长、分子氧的电荷转移都随团簇数目增大呈现规律性变化,说明分子氧被活化;Con团簇和分子氧之间的电荷转移越多,相互作用越强,吸附能和结合能也越大;分子氧垂直吸附型Co2O2 B团簇的吸附能和结合能最强,分别是-6.744 eV和4.611 eV,分子氧所得电荷最强为 -1.130 e。     

Co吸附二氧化硅团簇的几何结构、光电及磁学特性

基于密度泛函理论中的广义梯度近似方法,系统地研究了Co(SiO2)n(n=1-7)团簇的几何结构、光电特性和磁学性质。结果表明:受悬挂键和电子云分布影响,单个Co原子以一定倾角吸附在稳定性很好的(SiO2)n(n=1-7)链状团簇上,多个Co原子却在其上发生团聚作用;不断减小的垂直电离势和不断增大的电子亲和势使得Co(SiO2)n(n=1-7)团簇的硬度随着团簇尺寸的增大而降低;Co原子的吸附使得非磁性二氧化硅转化为磁性复合团簇,随着Co原子数目的增多磁矩不断增大,结合该团簇的近红外光吸收特性,从理论上证实了二氧化硅磁性复合材料既具有超顺磁性又可以吸收可见-近红外光,为其在医学界被用作光动力靶向治疗提供了理论依据。     

日本计划用不同原子量的硅制造新型元件

日本大阪市立大学研究生院理学教授谷垣胜己和日本庆应大学理工院物理信息工学专业副教授伊藤公,日前证实了以46个硅原子(Si)骨架的纳米团簇分子(硅簇)表现的超导特性源于BCS结构。这项研成果可用来分离原子量分别为28、9和30的硅原子。谷垣和伊藤今后以半导体产业的主要材料硅为基础,过利用原子量的差异,着手开发超临界温度(Tc)较高的超导元件和于核自旋(NuclearSpin)的量子件。自然界存在的硅,92.2%原子量28,剩下的7.8%原子量为29和0。此次完全分离了28Si(原子量为8的硅)、29Si和30Si,并分离使用8Si和30Si,合成了由46个硅原子和个钡…     

晶格反演法构建SiC/Mg界面对势及其验证

通过分析SiC和Mg的晶体结构,构造了SiC与Mg的共格晶面。采用Chen-M9bius晶格反演法对SiC/Mg界面的原子对势进行了反演,分别推导了Si和Mg原子、C和Mg原子间作用势与界面结合能关系的解析表达式。在此基础上,从头计算了SiC/Mg界面的结合能曲线,结合反演公式得到了Si和Mg原子、C和Mg原子的对势函数,并对反演过程的自洽性进行了检验。此外,建立了其他6种不同的SiC/Mg界面构型,通过对比反演对势计算的界面结合能与从头计算的结果,对反演所得对势的可转移性进行了验证。结果表明:从头计算的界面结合能可以由反演对势精确地算出,整个反演过程和结果是自洽的,所得原子对势同样适用于其他界面构型,具有良好的可转移性。本文推导的反演公式同样适用于与SiC/Mg界面结构相似的其他界面原子对势的研究。     

δ（Al3Li）相的价电子结构分析

应用固体与分子经验电子理论对铝,锂及δ（Al3Li)相的电子结构进行了分析,并计算了Al-Al,Li-Li和Al-Li的最强键的键能及铝、锂的结合能,计算结果与实验值比较非常接近。     

Sn_mAs_n(m+n≤6)团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Sn_mAs_n(m+n≤6)团簇的各种可能构型进行了几何参数全优化,得到相应的基态结构;并对基态构型的平均结合能、Mulliken布居和偶极矩进行了系统研究。研究结果发现Sn_mAs_n二元团簇基态结构更倾向于形成Sn-As键数最多的构型,并且占有Sn原子比例大的最稳定结构类似于纯锡团簇的构型;掺杂偶数个As原子可以提高锡砷二元团簇的稳定性;Sn原子是电荷的捐赠者,而As原子则是电荷的接收者;二元Sn_mAs_n团簇均为极性分子,其中团簇SnAs偶极矩最大,极性最强,团簇Sn_4As_2的偶极矩最小,极性最弱。     

二维材料CrPS4电子自旋密度的研究

为探究二维磁性材料CrPS₄的电子性质,依据拓扑学原理,运用密度泛函理论,对该团簇的电子性质进行了具体研究分析,从团簇的原子电荷量、构型布居数及电子自旋密度3个方面出发,经分析后得到如下结论:团簇CrPS₄ 3种原子中,S原子为团簇电子受体,Cr、P原子为电子供体,且Cr原子向外提供的电荷量要多于P原子,构型2^{(4)电子流动性最大；从原子轨道角度来看,电子主要由S原子的3s轨道、Cr原子的4s和3d轨道、P原子的3s和3p轨道流向S原子的3p、3d和4f轨道、Cr原子的4p和4f轨道及P原子的3d和4f轨道；相较于非金属原子来说,金属原子电子自旋密度更大,外层电子的流动性更强,活泼性更好,构型8(4)与构型1(4)}的Cr原子活泼性最强；另外,通过对其原子间自旋密度值进行细致观察,发现其值与稳定性有一定关系。     

铸态中铬硅铸铁价电子结构与M7C3体积分数

为提高中铬铸铁共晶碳化物中M7C3比例,研究了中铬硅铸铁(290Cr8Si2).建立了铸态中铬硅铸铁基体的价电子结构,运用固体与分子经验电子理论(EET)分析了中铬硅铸铁中Si的作用.分析和实验结果表明,中铬硅铸铁基体含C、Cr、Si的γ-Fe晶胞中,C原子与Si原子的结合力强于C原子与Cr原子的结合力,较高的含Si量降低了铸铁基体的含Cr量,提高了共晶碳化物的含Cr量,进而提高了共晶碳化物中M7C3的比例.耐磨损中铬硅铸铁(290Cr8Si2)共晶碳化物(M7C3 M3C)中M7C3占94.2%(体积分数),明显高于中铬铸铁(290Cr8Si1)共晶碳化物中的M7C3的71.7%(体积分数).     

真空硅热直接还原制备镁锂合金研究

提出真空硅热还原制备Mg-Li合金的新方法.热力学分析结果表明,硅热法还原制备Mg-Li合金的适宜条件为:真空度≤102 Pa,还原温度≥1400 K;还原温度为1473 K时,同步液化冷凝镁锂的温度T＜1062 K,同步固化冷凝镁锂的温度T＜454 K.在温度1200℃、真空度10～20 Pa、还原时间2h和冷凝温度168～210℃的条件下进行实验研究,制得结晶较好的块状Mg-Li合金.X射线衍射结果表明,Mg-Li合金主要成分为Mg、Li3Mg17和Li0.92Mg4.08,残渣主要成分为Ca2SiO4.扫描电镜分析表明,Mg-Li合金呈羽毛状.X射线荧光及原子吸收分光光度计检测表明,Mg-Li合金中镁含量与锂含量分别为77.58％,8.27％.     

基于密度泛函理论的Bn（n=1-8）团簇结构和稳定性研究

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法,在6—31G^＊水平上对Bn（n=2—8）团簇的各种可能的几何构型和电子结构进行了优化和振动频率计算,结果表明,Bn微团簇的稳定结构大部分为平面结构,只有极少数立体结构属于基态稳定结构。平面结构分为链状和环状结构两种,链状结构的所有原子均处于同一平面,且处于链状结构两端的键长稍短,原子向内部收缩。环状稳定结构均为一个n元环中心有一个配位的硼原子,通过对基态结构的平均原子结合能和能量二次差分的计算,得到n为奇数时团簇较为稳定。     

中小尺寸CdS团簇的结合能随尺寸变化关系的研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法(DMOL3程序),在广义梯度近似(GGA)下计算了(CdS)n(n=9～12)团簇的基态结构、结合能等,研究了(CdS)n团簇的结合能及二次能量差分随尺寸演化的关系,结果表明,n为5和8时,(CdS)n团簇的结构稳定性相对较差;n为6和9时,对应的基态结构稳定性相对较高;通过结合能随尺寸变化关系的研究也体现了小团簇的尺寸效应.     

第I类硅笼中M@Si_(20)原子团的电子态研究

采用量子化学SCF-Xα-SW方法计算了第I类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

高温退火前后低碳含量a-SiC_x∶H薄膜结构和荧光特性的研究

采用Raman光谱 ,结合光致发光和X射线衍射测量对富硅a SiCx∶H薄膜的结构及荧光特性进行了详细研究。结果表明 ,刚制备的样品中由于硅和碳原子的电负性和原子尺寸的差异 ,出现了化学集团效应 ,即样品基本保持了a Si∶H中的网络结构 ,只有少量的Si—C键存在 ,碳主要以CHn 的形式与SiHn 和Si—C键一起作为硅团簇的边界。样品表现出较强的室温荧光 ,发光主要来自CHn,SiHn 和Si—C键边界区域对硅团簇中载流子的限制作用。样品在 12 5 0℃氮气中退火 1h后 ,不但有平均尺寸为 2 4 8nm的硅晶粒析出 ,还有少量的SiC晶粒析出 ,退火后样品的荧光峰较退火前有大的蓝移 ,且半高宽变窄 ,这与析出的SiC晶粒有关。     

基于第一性原理的锂空气电池Si掺杂MoS2正极催化氧还原反应机理研究

研究碱性条件下Si掺杂单层MoS2表面的氧还原反应(ORR)机理,为设计高效的双电解液锂空气电池催化剂提供理论指导.通过第一性原理计算,分析n(n=1～3)个Si原子掺杂单层MoS2表面的ORR性能.结果表明,Si掺杂单层MoS2表面有很好的稳定性,掺杂后会在禁带中引入杂质态,使其表面活性增强.与原始单层MoS2相比,Si掺杂极大增强了MoS2对O2的还原能力.在单Si原子及双Si原子掺杂的表面,H2 O分子的最大解离能垒(0.85 eV、0.78 eV)表明氧还原反应可在室温下进行.在三Si原子掺杂的表面,反应自发进行而无需任何的能垒.但单Si原子掺杂对OH基团有很强的吸附能力,不利于ORR的持续进行.而随着掺杂原子数量的增加,三Si原子掺杂的表面对OH基团的吸附能会极大降低.研究表明三Si原子掺杂的MoS2会是一种新型的ORR催化剂.     

第Ⅰ类硅笼中M@Si20原子团的电子态研究

采用量子化学SCF—Xα—SW方法计算了第Ⅰ类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

利用第一性原理研究La_n(n=2—10)小团簇的结构与稳定性

团簇作为各种物质由原子分子向大块物质转变过程中出现的特殊物相,代表了凝聚态物质的初始状态。通过对稀土团簇的研究,有助于了解稀土元素在基体材料中的存在形态和作用机理,从而更深入地了解原子团的物理和化学性质,为材料的设计和研究提供理论支持和预见性。本研究利用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)对La_n(n=2—10)团簇进行了结构优化、能量和振动频率分析,得到了La团簇最低能量结构。通过对基态结构的平均结合能、能隙、离解能、二阶能量差以及总态密度的计算和分析,认为原子数n为2、4、6、8时团簇的稳定性较高,费米面处态密度的小幅降低导致了这一奇-偶振荡现象的出现。     

二元A1-Ni纳米团簇结合能的尺寸和成分依赖性研究

利用分子动力学的方法研究了二元A1-Ni团簇结合能的尺寸和成分依赖性。研究表明，低于300K时，团簇的结构不依赖于成分，仍然保持面心立方结构。成分一定时，团簇的结合能随着尺寸的增大而增大；尺寸一定时，A1-Ni团簇的结合能先随着Ni含量的增大而增大，当Ni含量为O．75时，达到极值，而后随着Ni含量的增大而减小，说明Al0.25Ni0.75为最稳定的结构。对于A1-Ni团簇进一步研究表明，Al有表面聚集的趋势。     

修正Tersoff势在熔态硅分子动力学模拟中的应用

采用Ｔｅｒｓｏｆｆ 势,通过粒子间相互作用距离Ｒ、Ｓ的不同取值加以修正,并进行了液态硅的分子动力学模拟。模拟的结果表明其径向分布函数能与Ｘ 射线衍射、中子散射实验相一致。模拟得到液态硅配位数６－９ ,键长０－２５４ｎｍ 。键角几率分布出现两个峰值,～５７°和～１０２°,表明液态硅中存在复杂的结构。模拟结果还表明,液态硅中硅原子间联接成一种网络状结构,但大多数硅原子与其近邻硅原子仍保持近似于正四面体的局部结构。