MAun(n=2-8,M=Al,Si,P,S,Cl,Ar)团簇结构演变和电子特性理论研究

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金元素(Au)具有很强的相对论效应,由Au元素构成的金团簇具有独特的物理和化学性质,并在催化方面具有广泛的应用,这使得Au团簇成为人们研究的热点。本文采用基于第一性原理的密度泛函理论对3p电子原子掺杂小金团簇MAun (M=Al, Si, P, S, Cl, Ar;n=2-8)进行了系统的理论研究。主要内容如下:采用GGA的PBE泛函以及LANL2DZ基组,对MAun团簇进行了全局优化,得到了3p原子掺杂Aun团簇的最低能量结构以及同分异构体。结果表明:最低能量结构中,Al和Si喜欢占据金团簇的中心位置,而P和S倾向于处在金团簇的边缘位置,ClAUn团簇可以看成由Cl原子替代Aun+1团簇中顶角的一个Au原子,Ar原子因为其具有满壳电子特性,因此和金团簇相互作用比较弱,几乎不改变金团簇的构型。在得到MAun团簇最低能量构型的基础上,我们还研究了MAun团簇的相对稳定性。通过平均结合能,解离能和二阶能量差分的计算,我们发现除了满壳层的Ar原子外,Al, Si, P, S, Cl原子掺杂金团簇后可以明显提高金团簇的结构稳定性,尤其发现SiAu4团簇的平均结合能最大,达到了2.42eV,表明SiAu4具有很高的稳定性。同时我们发现这些团簇能量具有明显的奇偶特性。通过对HOMO-LUMO能隙Egap,垂直电离能VIP和电子亲和势EA的计算,研究了MAun团簇的电子特性,从而表征MAun团簇的化学稳定性。研究发现AlAu3团簇基态的能隙最大,达到了2.52eV,表明激发AlAu3基态团簇中的电子需要很高的能量。SiAu4团簇不但具有较高的结合能而且具有较大的Egap,达到2.17eV,表明SiAu4团簇不但具有高的结构稳定性,同时具有高的化学稳定性。
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