Al_nPd_m(n=1-10,m=1,2)与Cu_nZr(n=1-12)合金团簇的密度泛函理论研究

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在过去的几十年中,团簇的研究工作已经逐渐开始由单一的一元向二元以及多元混合团簇发展,特别是二元双金属混合后形成的簇合物体系已成为了科学家们关注的焦点。通过在纯团簇中掺入另一种元素,两种组分互相影响导致掺杂团簇就像复合体一样,不仅模仿了这个元素原子的一些性质,而且保留了自身一些本性。例如,适当的掺杂会提高团簇的稳定性,会产生不寻常的光学、电子、磁性以及催化性能等。这种可调控性为制备具有特殊功能的光学、催化以及磁性材料提供了更加广阔的空间。本论文采用密度泛函理论的方法研究了AlnPdm(n=1–10,m=1,2)与CunZr(n=1–12)合金团簇的结构以及性质,主要研究结果如下:(1)对于AlnPdm(n=1–10,m=1,2)团簇,3D结构居多,所有的Pd原子均占据了AlnPdm体系的表面位置,且大多数最稳定的AlnPd2团簇可以通过将一个Al原子添加到Aln-1Pd2簇的最稳定结构获得。稳定性分析表明,Al3Pdm和Al7Pdm簇合物的稳定性比其相邻的相对较高。在Aln Pdm体系中,电荷均从Al原子转移到了Pd原子导致强的spd杂化。极化率的结果表明,这些簇合物的核和电子云容易受到外部场的影响,并且AlnPd和AlnPd2簇合物的非线性光学效应随着簇合物规模的增大而加强。(2)对于CunZr(n=1-12)团簇,采用B3P86/LanL2DZ方法计算,研究结果表明,Zr原子的掺入改变了纯铜体系的构型,且Zr原子多位于与Cu原子成键最多的位置。稳定性研究结果表明,CunZr(n=3、6、8、10、12)簇合物的结构与其它尺寸相比较,稳定性更高。垂直电离能(VIP),垂直亲和能(VEA)及电子硬度(η)计算结果表明,CunZr簇合物体系可以很容易地获得电子,CunZr与Cun体系的反应活性总体相差不大。CunZr(n=1-12)簇合物体系的铜原子和锆原子之间存在电荷转移,从而加强了两种原子之间的相互作用。对磁性的分析结果显示,Cu8Zr、Cu10Zr和Cu12Zr团簇因其所有的电子均在分子轨道中成对存在,它们的磁矩为零。而对于其他CunZr体系,体系的总磁矩主要由锆的4d轨道进行提供。对体系的极化率研究发现,随团簇尺寸的增加,CunZr(n=1-12)团簇中原子之间的成键相互作用不断增强,其电子结构也趋于紧凑。希望这项工作可以为以后光学以及磁性功能材料的合成和应用提供一些指导。
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