小尺寸锂硅团簇Si_nLi(n=1~10)的理论研究

采用密度泛函理论研究了锂硅团簇Sin Li(n=1~10)的结构、稳定性和电子性质。计算结果表明锂原子处于硅团簇表面并且位于硅原子的桥位更稳定。Sin Li团簇结合能表明锂原子的嵌入提高了硅团簇的稳定性。另外,锂原子的结合能说明锂与硅团簇的相互作用随着硅团簇尺寸的减小而增强,由此得到锂离子电池硅基负极材料嵌锂过程粉末化的一个重要原因。锂硅团簇的电离势、电子亲和势、化学势与能隙均表明Si4Li与Si7Li更容易失去一个α电子形成阳离子团簇。     

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。     

锗基笼状掺杂团簇的结构、稳定性和光谱性质

锗是重要的半导体材料之一,已被广泛应用于微电子工业领域中。本文利用密度泛函B3LYP方法,对AuGe+n(n=10~13)掺杂笼状团簇的结构、稳定性和光谱性质进行了理论研究。结果表明,每种团簇的基态结构都为Au原子内嵌的笼状构型,并且它们具有很强的平均键能和较高的配位数。通过对稳定的AuGe+12和AuGe+13团簇的红外和拉曼光谱进行理论模拟,找到了它们的特征吸收峰。并且,通过对这些团簇电子跃迁模式的研究,进一步探究Au原子掺杂团簇的光学效应。这些研究结果将为以后实验制备和表征提供重要的理论依据。     

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。     

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.     

双金属AunCu0- (n=1~9) 团簇结构、稳定性、电子及光学性能研究

为了探究铜掺杂金团簇的结构及特性,依据密度泛函理论对Au_nCu^{0/-(n=1~9)团簇的结构、稳定性、电子及光学性能进行了系统分析。基于卡利普索结构预测程序,在B3LYP/Lanl2dz水平下优化得到了不同尺寸的基态结构。研究表明,除Au₇Cu和Au₈Cu-呈现三维结构外,其它尺寸下的基态均呈现二维平面结构。而且,Au_nCu0/-的基态可通过在Aun-1Cu0/-}基态基础上添加一个Au原子得到。稳定性分析确定了Au₅Cu和Au₂Cu-团簇在各自体系中拥有相对强的稳定性。磁性分析发现,闭壳层电子结构体系的总自旋磁矩为零;开壳层电子结构体系分别具有1 μB的总磁矩。分析极化率表明,Au₉Cu和Au₉Cu-团簇对外场的各向异性响应最强,AuCu和Au₃Cu-团簇对外场的各向异性响应最弱。AdNDP分析发现,众多σ键连通了整个分子骨架,促进了整个团簇的稳定。基于Multiwfn程序,拟合的光电子能谱、红外谱、拉曼谱和紫外可见光谱可为实验上鉴别Au_nCu^0/-团簇的结构提供帮助。     

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。     

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.     

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。     

过渡金属氮化物TinNm小团簇结构中的定域键

Ti、N形成的小团簇TinNm,当n＋m≤4时,一般出现线形和平面构型;当n＋m=5或6时,TinNm团簇异构体既有线形结构,也有平面结构,还有少数立体结构。线形结构大多形成强弱交替的定域键。平面结构中Ti—N键,随着原子数的增加,逐渐从共价键向离子键过渡,Ti失去电子增多,N得到电子也增多。而立体构型中大多形成离域键,验证了Anderson理论。     

石墨烯负载Pdn(n=1—3)原子/团簇吸附三氯甲烷分子的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了三氯甲烷(CHCl₃)分子在负载Pd_n(n=1—3)原子/团簇的石墨烯表面的吸附行为。研究表明，CHCl₃分子与本征石墨烯(PG)之间仅为物理吸附，而采用Pd原子/团簇对本征石墨烯进行修饰，可以提高CHCl₃分子与石墨烯之间的吸附性能，使得CHCl₃分子与负载Pd_n(n=1—3)的石墨烯(PG-Pd_n(n=1—3))之间形成稳定的化学吸附。在PG-Pd_n(n=1—3)三种吸附体系中，吸附能计算表明Pd₃团簇修饰的石墨烯基底对CHCl₃分子的吸附效果最好，电荷转移分析表明CHCl₃分子向PG-Pd₃转移了大量电荷，电荷密度计算证实CHCl₃分子与PG-Pd₃之间形成了稳定的化学吸附。CHCl₃分子吸附在PG-Pd_3<...     

金属凝固过程中纳米级团簇结构的形成、演变与表征研究

采用分子动力学方法对含有100万个Na原子的液态金属大系统在凝固过程中纳米级团簇结构的形成与演变进行了模拟研究。采用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和原子团类型指数法（CTIM）的基本原子团表征了各种类型大团簇的结构组态。结果显示：在液态金属Na凝固过程中，与1551键型密切相关的（13364），（131102），（14248）等3种基本原子团及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用；凝固过程中形成的纳米级大团簇结构是由大小不同的中、小团簇及各种基本原子团相互连接而成，且大团簇结构内各种基本原子团的中心原子都是相互呈单键连接或多键连接，团簇结构内呈多键结合的中心原子的数目越多，该团簇越稳定；系统中各种类型团簇结构的数目具有明显的幻数特性，与Knight等人的实验结果甚为相符。     

闪锌矿Ga_(1-x)Cr_xN铁磁性的密度泛函理论(英文)

采用基于密度泛函的第一性原理方法计算了闪锌矿GaN掺Cr的电子结构和磁性.考虑不同掺杂浓度和位置,计算结果表明,Ga1-xCrxN呈现铁磁基态,Cr原子间是铁磁性耦合并团簇于N原子,Cr原子与最近邻N原子为反铁磁性耦合.我们采用双交换机制解释了磁性来源和机制.计算结果和最近闪锌矿GaN掺Cr的实验结果吻合.     

碳16团簇与碳10团簇等在金刚石表面的吸附结构比较

用分子动力学方法模拟研究了荷能的C2、C10和C16在金刚石（001）-（2X1）表面的化学吸附过程。主要讨论了团簇大小和入射能量对沉积团簇的结构特性的影响。随着入射能量的增加,C2、C10和C16的沉积结构和自由团簇是不同的。该模拟支持了实验的结果,而且从原子尺度模拟分析了沉积机制。     

团簇线规律在合金相结构中的应用

研究了Zr-Al-Ni体系中合金相的团簇结构规律,指出了在合金相结构中团簇之间以不同方式共享原子的事实.共享后有效团簇的成分就是相成分,这类相称为非团簇相;共享后的有效团簇必须加上连接原子才能构成空间相结构,这类相称为团簇相.在典型的非晶形成体系Zr-Al-Ni中,团簇相有3个:AlNiZr-Fe_2P结构,Al_2NiZr_6-InMg_2结构和Al_5Ni_3Zr_2-Mn_(23)Th_6结构.对于团簇相的成分和结构,可以用模型(相成分=[有效团簇]+(连接原子))来解释.这种用来解释非晶成分的团簇线规律是对合金相成分和结构的一种全新理解.由于团簇的形成来源于组元间的负混合焓,这应该是合金相结构中普遍存在的规律.     

Bx Sy、Bx Sey(x=1、2,y=1—6)团簇结构的计算模拟研究

超卤素团簇具有比卤族元素更高的电子亲和能(EA)、强氧化性及反应活性,被广泛应用于材料改性及新材料的合成等众多领域。BO_2团簇分子属于超卤素,本文基于BO_2团簇分子,根据密度泛函理论,采用B3LYP/6-311+g(3df)理论计算方法,研究了B_xS_y、B_xSe_y(x=1、2,y=1—6)团簇的几何结构、电荷分布、前线轨道分布、磁学特性及超卤素特性。研究结果表明,BS_2、B_2S_5、B_2Se_4、B_2Se_5的电子亲和能均大于卤素原子(Cl)的电子亲和能3.6 eV,这些团簇结构属于新型的超卤素团簇,为实验上超卤素的合成提供了理论依据。     

团簇大小对Fe－Ag和Co－Ag包埋团簇形貌及结构的影响

利用蒸发－气体－聚集（ＥＧＡ）共沉积方法，在有方华膜的电镜载网上制备了Ｆｅ－Ａｇ及Ｃｏ－Ａｇ系列纳米磁性包埋团簇，通过控制蒸发电流等沉积条件，获得了不同团簇大小的样品。ＴＥＭ／ＥＤ分析表明，当样品中Ｆｅ（Ｃｏ）团簇尺寸较小时（分别为１０ｎｍ和２０ｎｍ），样品形貌表现为Ｆｅ（Ｃｏ）团簇弥散地分布在Ａｇ膜基质中，形成了Ａｇ膜对Ｆｅ（Ｃｏ）团簇的分隔与包埋；其结构分别为Ｆｅ、Ａｇ多晶和Ｃｏ、Ａｇ多晶共存的形态。而当Ｆｅ（Ｃｏ）团簇尺寸较大时（分别为９０ｎｍ和５０ｎｍ），样品中Ａｇ原子也相对聚集，Ａｇ膜没有形成对Ｆｅ（Ｃｏ）团簇的完全包裹，在形貌上Ｆｅ－Ａｇ样品呈现为“串状”，Ｃｏ－Ａｇ样品呈现为“花瓣状”；而在结构上则都表现为非晶形态     

He原子在金属Ti中的第一性原理计算

本文用基于量子化学基本原理的密度泛函理论,研究He原子在金属Ti中的几何结构和能量变化。计算得到单个He原子在完美Ti晶体中最可几占位为八面体间隙,两个He原子互相靠近时会形成稳定的原子对。进一步分析了体系优化后的能带结构和电子态密度分布。分析得出在没有缺陷存在的完美晶体中,He原子会聚集形成团簇。     

飞秒脉冲强激光加载下团簇(SiO_2)_n(n=6,14)损伤动力学过程研究

在超快强激光应用中,尤其是激光聚变研究,SiO2作为光学元件的主要成分,而光学元件是由无定型二氧化硅组成的,基于无定型二氧化硅结构的复杂性,在理论研究中常常用团簇结构代替无定型结构,而且光学元件在损伤过程中往往会产生各种各样的二氧化硅团簇。因此,基于含时密度泛函理论研究激光脉冲与团簇(SiO2)n(n=6,14)相互作用对二氧化硅玻璃的损伤动力学过程的研究具有很好的应用价值。研究表明,当脉冲激光作用在团簇时,Si—O键长被拉长,激光削弱了Si—O共价键强度,Si—O键逐渐断裂,最终导致整个团簇(SiO2)n结构坍塌而破坏;随激光强度增加,Si—O键首先被破坏的时间缩短;同时飞秒激光诱导电荷密度变化,与飞秒激光脉冲衰退的痕迹一致。     

Fe－Cu包埋团簇的制备及其微观结构的研究

基于溅射－气体－聚集（ＳＧＡ）形成团簇的原理，提出了蒸发－气体－聚集（ＥＧＡ）共沉积方法，并在方华膜载网上成功地制备了Ｆｅ－Ｃｕ纳米磁性包理团簇样品。ＴＥＭ／ＥＤ分析表明，样品中Ｆｅ团簇被Ｃｕ原子所包裹，形成了以Ｆｅ团簇为芯，Ｃｕ膜为壳的良好的芯－壳式包埋结构。当衬底温度由２５℃变化到２００℃时，样品形貌由弥散状过渡到集团状，直至形成大的块状；其结构也相应的由Ｆｅ－Ｃｕ多晶共存变化为一种不规则的单晶形态。