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本文利用密度泛函理论系统地研究了AgGen(n=1-17)团簇和Au12M(M=Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl)团簇的几何结构、稳定性和电子性质。其主要内容如下:
第一章,简要介绍了团簇科学的的研究现状及意义。
第二章,介绍了密度泛函理论的基本框架及其发展过程。
第三章,利用密度泛函理论中的B3LYP/LanL2DZ方法对AgGen(n=1-17)团簇的几何结构、稳定性、电子性质和振动频率进行了系统的研究。通过分析我们得到了如下:(1)随着团簇数目的增大其生长方式也发生了变化,掺杂的银原子逐渐从凸出的顶点转向平面最后被锗原子所组成的笼状结构包围。从AgGe12团簇开始,银原子已完全被Gen所组成的笼状结构包围。(2)通过分析AgGen和Gen团簇的平均结合能,分裂能和二阶能量差分,我们发现在Gen团簇中掺杂银原子能明显的提高该团簇的稳定性。此外,我们预测了AgGen(n=1-17)团簇的幻数为n=5、10、12和15。(3)Mulliken电荷分析显示了在AgGen团簇中电荷通常从锗原子转移向银原子,表明掺杂的银原子通常是作为电子的接受体。(4)不同团簇的红外和拉曼光谱是由不同的原子的不同运动模式决定,它能反映团簇的结合属性并且可以在实验中区别团簇的不同结构。
第四章,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了Au12M(M=Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl)团簇的结构.我们的结论总结如下:(1)对于Au12M(M=Na,Mg,Al)团簇,它们形成了内含M原子的最稳定的笼状基态结构。然而对于Au12M(M=Si,P,S,Cl)团簇,它们却形成了以M元素为顶点的稳定锥形基态结构。我们研究的Au12M基态结构与3d,4d,5d过渡金属掺杂于Au12形成的高对称性的基态结构不同,这表明不同的掺杂元素对Au12起着完全不同的作用。(2)在Au12M团簇中,我们发现Au12S团簇的稳定性是最高的,我们认为这可能是由于Au12S团簇形成了稳定的满壳层的电子结构导致的。(3)从自然电荷布居分析可知:对于所有的Au12M(M=Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl)团簇,它们的电荷总是从12个Au原子转向掺杂的M原子。通过进一步的自然键轨道(NBO)和最高占据分子轨道(HOMO)分析,发现Au12M团簇中发生了Au原子的s-d轨道和M原子的P轨道间的杂化现象。