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团簇是一门新兴学科,其独特的物理与化学性质吸引越来越多的人参与其中的研究,对它的研究对于我们理解物质性质从微观到宏观的变化具有重要的意义。团簇有着大的表面体积比,它们的性质与其对应的体材料相差很大。研究团簇的一个目的就是组装符合人们期望性质的纳米结构材料,所以关键就是找到那些在化学性质稳定同时相互作用弱的模块。通常情况下具有幻数结构的团簇可以作为这种模块。本论文研究了Nin(n=2-21)的结构和性质以及参杂Si@Al12团簇吸附H的行为。 CuXⅢ,AgⅧ和AuⅧ团簇非二十面体结构能量比二十面体结构低;同时Co团簇也具有类似的现象;Pdn(n=15-23)的生长模式是基于19个原子的八面体面心立方结构。Co,Ni和Pd在元素周期表中的特殊位置关系启发我们:Ni是否也具有类似的生长关系呢?我们运用广义梯度近似的密度泛函理论计算了Nin(n=2-21)团簇的结构与磁性性质。我们发现了镍团簇的一种结构生长模式:Ni5-Ni9团簇是基于五角双锥的生长模式;Ni10-Ni14团簇更加倾向于(三)层状生长模式,Ni15是基于五角双锥而非二十面体的结构;当团簇的尺寸大于16个原子时,二十面体结构占据优势(除了Ni19团簇是基于层状结构的)。 我们研究得到的结果显示团簇尺寸在9-15个原子时与以往所报道的结构不同。在以前的文献中,这个尺寸范围内的镍团簇都是基于二十面体的结构。而我们的研究发现它们并不是能量最低结构。对于Ni9团簇,其基态是三戴帽三棱柱结构。Ni10团簇,具有Td对称性三角金字塔结构是其基态结构,同时它还是一个正四面体结构。Ni11团簇的基态是3-5-3堆垛的三层结构。Ni12团簇基态则为3-6-3堆垛的三层层状结构,也可以看做是在Ni11基态加上一个原子演化而来的。Ni13团簇的基态结构是在Ni10和Ni12团簇基态结构演化而来的,是一个三层状结构,这在以往的研究中是没有发现的。以往的研究中Ni13团簇都几乎都是二十面体结构或者是稍有变形的二十面体结构。Ni14团簇优化后的结果显示,Ni14的基态结构是具有D3h对称性的六面体结构,同时也是由Ni13团簇基态演化而来的。Ni15团簇所有异构体中,一个五角双锥为基础的结构在能量上更加稳定。另外在研究Nin(n>15)的异构体时我们不难发现:(三)层状结构与基态结构在小尺寸镍团簇生长能量相差甚微,所以是很有竞争力的结构。研究这些团簇的磁性,结果表明它们的磁矩均大于其体材料的0.61?B。 运用了密度泛函理论研究了Si@Al12Hn(n=1-14)团簇结构与稳定性。Si@Al12Hn的稳定性是随着n不同交替变化的。研究HOMO-LUMO能隙差时发现,当n为偶数时形成闭壳层结构,所以化学稳定性高,反之,当n为奇数时稳定性低。对于氢原子结合能的研究也表明,当n是偶数时,结合能大,团簇非常稳定;团簇的垂直离化势结果显示当Si@Al12Hn中氢原子为偶数时,离化势较大,这个结果与前面分析结合能和最高分子占据轨道与最低分子未占据轨道能隙(HOMO-LUMO)得出的结论一致。高的结合能、大的HOMO-LUMO能级差以及大的离化势显示出这种团簇在物理和化学上是稳定的。对HOMO进行电荷分析发现当Si@Al12Hn(n=1-14)团簇中n为偶数时,成对的H原子倾向以顶位的形式占据Si@Al12团簇的相反位置。对变形电荷研密度分析究发现电荷从Si@Al12向H原子转移。