锰原子掺杂对小型硼团簇结构及电子性质的影响

摘要

团簇是由原子、分子或离子通过物理和化学相互作用形成的相对稳定的物质。它是介于单个原子或分子和宏观固体之间的新型结构层次，具有新奇的物理化学性质，这些性质随着团簇中的原子数目的不同而发生变化。原子掺杂被认为是增强团簇稳定性，调整团簇结构、改变团簇性质的有效方法。金属掺杂极大的丰富了硼团簇(B)的结构。适合的金属原子掺入，可以使团簇形成新奇的几何结构。由于几何结构和电子因素，不同的金属原子对硼团簇的结构产生不同的影响。
　　本文系统的研究了锰(Mn)原子掺杂对小型硼团簇结构演变的影响。基于广义第一性原理和粒子群优化算法，提出了全局能量最小结构搜索方法，通过这种方法预测了电中性和带不同电荷的小型锰原子掺杂硼团簇MnBnQ(n=10-20，Q=0，±1)的结构。发现锰原子的掺入明显改变了硼团簇的生长行为，导致结构发生变化，电中性和带电荷的硼团簇都由准平面结构转变为环形结构，进而转变为类似笼型结构。相对较小的MnBn-/0/+（n≤13）团簇倾向形成半夹心型结构，随着硼原子数的不断增加，团簇结构逐渐转变为环形结构，以锰原子为中心的双圆环结构MnB16-/0/+，与相邻原子相比具有更好的稳定性。相对较大的MnBn-/0/+（n＞19）团簇，基态结构变成富勒烯笼型结构。其中，MnB+0具有较高的对称性D2d，同时具有良好的热力学稳定性和较宽的带隙，约为4.53 eV。笼型富勒烯MnB20+团簇的稳定性归因于几何契合和18个电子封闭壳层结构的形成。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 团簇结构理论预测的意义

1．2 团簇的研究概况

1．3 金属掺杂硼团簇的研究进展

1．4 本论文选题的目的和意义

第二章 理论依据

2．1 基本近似

2．1．1 非相对论近似

2．1．2 绝热近似

2．1．3 单电子近似

2．2 密度泛函理论

2．2．1 第一性原理

2．2．2 交换关联函数

2．2．3 自洽计算

2．3 分子轨道理论

2．4 稳定性与电子性质计算的理论依据

2．4．1 稳定性的判断依据

2．4．2 适应性自然密度划分

第三章 计算方法

3．1 CALYPSO结构预测软件

3．2 Gaussian09软件

3．3 计算细节

第四章 MnBQn团簇的结构

4．1 MnBn团簇结构

4．2 MnB+n毒团簇结构

4．3 MnB-n团簇结构

4．4 MnBQn团簇结构的演变

第五章 MnBQn团簇的稳定性及性质

5．1 MnBQn团簇结构的稳定性

5．2 MnBQn团簇的性质

5．2．1 MnB16团簇

5．2．2 MnB+20团簇

第六章 结论

参考文献

致谢

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