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团簇的结构优化是团簇科学的热点,也是计算化学领域的重要问题。应用势函数模拟体系中原子或分子的作用力,结合高效的优化算法进行理论计算,并得到可靠的最优结构是团簇研究的有效方法。团簇的结构优化也是实验的重要补充。为了描述不同的体系,人们建立了许多势能函数模型。然而由于势函数多种多样,描述不同体系的势函数会得到不同的结果,甚至一些非常相似的、可以用来描述相同体系的势函数也会得到不同的结果。这说明势函数与团簇最优结构的关系是非常需要研究的重要课题。本论文分别对对势的长程、短程部分与团簇结构的关系进行了研究,并阐述了多体势与二元金属团簇的二十面体结构的关系。本论文主要内容包括:
1.结合DLS优化算法与三种可用来描述He原子间相互作用的势能函数,即LJ(Lennard-Jones)势、Pirani势和HFD-ID(Hartree-Fock-Dispersion IndividualDamping)势,对13-140尺寸下的He原子团簇进行优化,在某些尺寸下三种函数得到了不同的最优结构。对比了三种团簇的结构、键长和能量。Pirani团簇最倾向于形成十面体结构、HFD-ID则倾向于形成二十面体结构。Pirani团簇不容易形成键长非常短的键,且键长相对接近于平衡距离。比较了三种函数的函数形态与导数,结果表明随着短程部分函数导数绝对值的下降,团簇由倾向于十面体结构逐渐过渡到二十面体结构。
2.通过改变Morse函数的参数,建立了三种短程排斥部分相同,长程吸引部分的函数值依次增大的三种势函数。结合DLS(dynamic lattice searching)优化算法对尺寸介于13-110之间的三种团簇进行了结构优化。三种团簇的结构以二十面体构型居多。随着函数值的增大,团簇的体积变大,团簇中键长更接近于平衡距离。得出了长程吸引部分与团簇构型的关系,当函数值较小时,团簇的体积也较小,同时具有非常短的键,并倾向于出现十面体构型;当函数值较大时,团簇的体积也较大,而且在团簇表面倾向于形成多层结构。
3.应用Gupta势函数,对A1B54和A2B53型的二元金属团簇(AgnAu55-n和CunAu55.n,n=0,1,2,53,54,55)的二十面体结构进行优化,并得到最优结构。优化结果表明当A-B键与B-B键的第一临近距离差距较大时,在A1B54和A2B53团簇中A容易出现在使A-B键长接近A-B键的第一临近距离的位置。如果A在A1B54中容易出现在某些位置,那么在A2B53中A同样容易出现在这些位置。如果B-B键的势能比A-A键和A-B键的势能高很多,则在A2B53中比较不容易出现A-A键。因为多一个A-A键则会多出现一个B-B键。