镍合金团簇的密度泛函理论研究

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本文采用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT),应用Gaussian03程序,优化了Mg/Ni,W/Ni和Pt/Ni合金团簇的几何结构,得出了它们的稳定构型,研究了它们的基态结构的物理化学性能,其内容及主要结果如下:(1)用DFT的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+G基组水平上对MgxNiy(x+y≤5)团簇各种可能的构型进行了几何结构优化,预测了各团簇的基态结构,并对其平均结合能、能隙及自然键轨道进行了分析,我们发现Mg、Ni原子的掺杂使主团簇的基态结构和对称性发生了明显改变,而且Ni原子成键数越多的团簇结构越稳定;合金团簇中大多数Mg原子带正电荷Ni原子带负电荷,而且Ni原子的电荷调节能力较强,容易与其它体系相互作用而形成新的合金材料。(2)用DFT的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+G基组水平上对MgxNiy(x=1, 2; y=15)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的基态结构,然后对其热力学、核独立化学位移、振动光谱、磁性及极化率进行了分析,结果显示MgNiy和Mg2Niy团簇的稳定结构可在相应的MgNiy-1和Mg2Niy-1团簇的基础上加一个Ni原子得到,MgNiy(y=15)团簇中Ni原子上的磁矩随Ni原子数的增加而出现奇偶振荡。(3)采用DFT中的B3PW91方法在LANL2DZ基组水平上对WnNim(n+m≤7)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,得出了它们基态结构,并对其平均结合能、能隙、热力学、核独立化学位移、频率光谱、自然键轨道、磁性及极化率进行了分析,结果显示WnNim团簇随着W成份的增加,结构越来越稳定,富W的团簇比富Ni的团簇稳定,W-W键对WnNim团簇的稳定性起主要作用;WNi5、W2Ni4、W4Ni2、W2Ni5和W4Ni3团簇中具有多重芳香性,W5Ni团簇没有芳香性;W、Ni原子内部杂化现象较强,而在W-Ni原子之间较弱;W原子比Ni原子的电荷调节能力要强些,更容易与其它体系相互作用而形成新的合金材料;W2Nim(m≤5)团簇中的W原子上的磁矩,其奇数团簇比相对的偶数团簇要大。(4)采用DFT中的杂化密度泛函B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对PtnNim(n+m=6, n、m≠0)团簇的各种可能的构型进行了几何结构优化,得出了它们的最稳定构型,并对其热力学、核独立化学位移、振动光谱、自然键轨道、磁性及极化率进行了分析,结果表明:PtNi5、Pt2Ni4、Pt3Ni3团簇的基态结构都为四角双锥结构,Pt4Ni2和Pt5Ni团簇的基态结构分别是戴帽三角双锥和三角锥戴四边形结构;Pt2Ni4和Pt5Ni团簇具有芳香性,PtNi5团簇具有反芳香性;Pt、Ni原子内部和它们之间的杂化现象都很强,Pt比Ni原子电荷调节能力强,Pt容易与其它体系相互作用形成新的合金材料;PtNi5、Pt2Ni4、Pt4Ni2团簇具有铁磁性,Pt3Ni3、Pt5Ni团簇表现为反铁磁性;PtNi5团簇的IR和Raman、Pt2Ni4团簇的IR、Pt3Ni3和Pt4Ni2团簇的Raman只有一个强吸收峰值,Pt5Ni团簇的峰值只出现在频率较大的位置,频率小的位置几乎为零。综上所述,本论文是首次对MgxNiy(x+y≤5),MgxNiy(x=1, 2; y=15),WnNim(n+m≤7)和PtnNim(n+m=6, n、m≠0)团簇基态的物理化学性质进行系统的研究,此研究为寻找新的功能材料具有一定的理论指导意义。
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