摻雜小團簇Be-,n-Li和B-,n-Ni的理論研究.pdf

1、本文集中研究堿金屬鋰原子摻雜鈹團簇和過渡金屬鎳原子摻雜硼團簇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。團簇是幾個到幾十個甚至上千個原子或分子的聚集體。近來，團簇科學(xué)經(jīng)歷著前所未有的研究熱潮。團簇作為一個巨大的物質(zhì)寶庫，人類對它的挖掘才剛剛開始，然而它所展現(xiàn)的財富，已經(jīng)在科學(xué)界造成巨大的震撼。碳是人類最早認識的化學(xué)元素，隨著C<,60>等碳簇的發(fā)現(xiàn)，人們對碳又有了新的認識，并因此開辟了一個全新的研究領(lǐng)域。從二十世紀90年代以來，投入C<,60>研究的科學(xué)家之多，涉及

2、的學(xué)科面之廣，發(fā)表的論文數(shù)之多，在科學(xué)史上是罕見的。而每一類新團簇的發(fā)現(xiàn)，都會興起一波又一波的研究熱潮。其實，C<,60>等富勒烯還只是碳簇的一種，其它結(jié)構(gòu)形式的團簇，其它元素的團簇，以及更為豐富的多元團簇，都可能一一成為新的研究熱點。 研究人員對于人們熟悉的鈹、鋰、硼、鎳等元素所組成的團簇是十分感興趣的，因為團簇的這些非同尋常的結(jié)構(gòu)往往會導(dǎo)致某些奇妙的特性，通過廣泛地研究，甚至具有工業(yè)生產(chǎn)的潛力。關(guān)于這些特性的研究，無論從基礎(chǔ)

3、研究還是從美學(xué)的角度來看，都是非常吸引人的。在過去的幾十年中，譜學(xué)研究和理論研究的結(jié)合已經(jīng)成為一個活躍的研究領(lǐng)域。大量的實驗研究方面的進展，促進了較大尺寸的鈹、鋰、硼、鎳等團簇的理論研究，這種理論和實驗結(jié)合的研究方法加深了人們對團簇微觀行為的物理圖像和化學(xué)結(jié)構(gòu)的理解。本文集中于堿金屬鋰原子摻雜鈹團簇和過渡金屬鎳原子摻雜硼團簇的理論研究，研究結(jié)果可以概括為以下幾個方面： 1．采用量子化學(xué)從頭算的方法，在密度泛函B3LYP/6-31

4、G(d)的水平上對Be<,n>Li(n=1-14)團簇的各種可能同分異構(gòu)體進行了研究，找出其中的基態(tài)結(jié)構(gòu)，并對這些基態(tài)結(jié)構(gòu)進行了相對穩(wěn)定性、振動頻率、電子性質(zhì)和極化率的分析。從幾何構(gòu)型看，隨尺寸的增加Li原子趨向于Be<,N>團簇的外圍。計算結(jié)果表明n=4、9和13是Be<,n>Li團簇的幻數(shù)。隨著尺寸增加，能隙逐漸減小，s，p軌道雜化逐漸增強。摻雜鋰原子后降低了Be<,N>主團簇的平均結(jié)合能，增加了Be<,N>主團簇的極化率。

5、 2．通過基于密度泛函理論下的廣義梯度近似(GGA)方法，選擇Becke交換梯度修正和Perdew-Wang關(guān)聯(lián)梯度修正，并采用帶極化的雙數(shù)值原子基組(DNP)對B<,n>Ni(n≤5)小團簇進行全部構(gòu)型優(yōu)化和磁性計算，確定了其基態(tài)結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明：B<,n>Ni(n≤5)小團簇基態(tài)結(jié)構(gòu)的自旋多重度分別為2，1，2，1，2；B<,2>Ni基態(tài)團簇較其近鄰穩(wěn)定；Ni原子摻入B團簇后增大了其結(jié)合能；Ni原子磁矩和團簇總磁矩隨團簇尺寸增大而