用遺傳算法研究二氧化硅團簇及其復(fù)合團簇的結(jié)構(gòu)和能量.pdf

1、對多孔硅酸鹽樣品在XeCl激光燒蝕的實驗中能產(chǎn)生多個二氧化硅團簇系列[(Si02)nX]-，各系列的豐度分布可以用飛行時間質(zhì)譜儀測得。實驗中[(Si02)n]-，[(Si02)nOH]-團簇系列的豐度呈現(xiàn)正態(tài)分布，但在[(Si02)n02H3]-團簇系列中發(fā)現(xiàn)[(Si02)402H3r，[(Si02)802H3r具有幻數(shù)行為。 為了解這些團簇的結(jié)構(gòu)起源以及結(jié)構(gòu)及其形成的信息，我們用遺傳算法結(jié)合TTAM和FB勢搜索了二氧化硅團簇及

2、其復(fù)合團簇的結(jié)構(gòu)，包括(Si02)n，(Si02)n0及(Si02)n02等等。并對部分結(jié)構(gòu)進行了DFT優(yōu)化，得到了一些基于二氧化硅團簇的最低及次低能量結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明(Si02)n團簇在n<7時，最低能量結(jié)構(gòu)是線性鏈狀結(jié)構(gòu)，從兩種勢得到的二氧化硅團簇的結(jié)構(gòu)與DFT計算得到結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)FB勢比較好的描述了團簇的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，特別是在n較小的時候?；脭?shù)團簇[(Si02)402H3r最低能量結(jié)構(gòu)是籠狀結(jié)構(gòu)，而[(Si02)802H3r是內(nèi)含氧原

3、子的立方結(jié)構(gòu)。 基于TTAM和FB勢以及DFT所得到的幻數(shù)團簇的最低能量結(jié)構(gòu)，我們進一步作了穩(wěn)定性分析，結(jié)果顯示團簇(Si02)402，(Si02)802有較好的穩(wěn)定性，從而與實驗上觀察到的幻數(shù)行為相一致，這也說明了Si-O骨架在[(Si02)n02H3]-團簇的結(jié)構(gòu)和能量中是起決定性作用，另外H原子則對團簇的化學(xué)穩(wěn)定性有貢獻。 在此基礎(chǔ)上，為了能反映實驗中實際存在的各種復(fù)雜因素，如各種動力學(xué)過程、溫度效應(yīng)等等，或者粗略

4、的講實驗的具體條件對靜態(tài)結(jié)果可能造成的影響，我們對所獲得的團簇結(jié)構(gòu)，包括各種能量較低結(jié)構(gòu)的特征作了細致的分析，發(fā)現(xiàn)這些團簇的結(jié)構(gòu)大致可以分為兩種類型，其一是空間擴展型，其二是空間緊致型。兩種類型結(jié)構(gòu)特征上的差異使我們相信不同的實驗條件將影響兩者的份額，這意味著通過改變兩者的份額就可以大致的反映出實驗條件的改變所帶來的影響?；谶@種考慮之后的穩(wěn)定性分析，使我們得到了與實驗質(zhì)譜更為一致的結(jié)果。 另外通過上面的分析，我們可以得到以下兩