原子小团簇激发态性质及掺杂富勒烯密度泛函计算研究

摘要

本文主要采用密度泛函理论(DFT)，对过渡金属碳化物以及掺杂富勒烯等团簇体系进行理论计算研究，内容分为以下几个部分： 第一章简要介绍了团簇领域的发展现状和发展前景。 第二章介绍了量子化学计算的发展历史和现状，重点介绍了密度泛函理论，以及常用的从头计算软件包。 第三章主要介绍了对原子小团簇的研究工作。从第一性原理出发，应用密度泛函理论，分别系统地研究了MC<,2>(M=V、Cr、Fe和Co)、MC<,3>(M=Sc、v和Cr)、TiC<,5>和SiN团簇的中性分子和阴离子的性质，计算了它们的平衡构型、电子组态和电子亲和势等。另外，还应用了含时密度泛函的方法计算了这些团簇的低能激发态性质，并对实验的阴离子光电子能谱(PES)进行了理论指认。计算结果与已知的实验数据相比符合得非常好。这说明含时密度泛函理论作为一种有力的理论研究工具，可以在理论上对团簇系统的低电子激发态性质作出令人信服的预测。 第四章介绍了对C<,59>B<'->和C<,59>N<'+>的几何结构和电子结构所进行的系统研究工作。尽管替代性掺杂富勒烯C<,59>B<'->和C<,59>N<'+>与经典的富勒烯分子C<,60>是等电子类似物，但是发现由于掺杂原子的加入，富勒烯的电子结构属性已经发生了非常大的变化。掺杂原子给整个体系带来了杂质能级，使得B原子在C<,59>B<'->中担任空穴的角色，而N原子在C<,59>N<'+>中担任施主的角色。局部态密度图显示掺杂原子与碳笼子的碳原子之间存在着轨道交叠。

目录

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第一章绪论

第二章理论基础

2.1量子化学计算的发展历史

2.2密度泛函理论

2.3含时密度泛函理论

2.4紫外光电子能谱简介

2.4.1紫外光电子谱的基本原理

2.4.2光电子能谱图的分析

2.5计算软件

第三章纳米小团簇基态及激发态的第一性原理计算研究

3.1 MC2(M=V,Cr,Fe和Co)团簇光电子能谱的指认

3.1.1引言

3.1.2计算方法

3.1.3结果与讨论

3.1.4小结

3.2 MC3(M=Sc、V和Cr)激发态的理论研究

3.2.1引言

3.2.2研究方法

3.2.3结果和讨论

3.2.4小结

3.3 TiC5激发态的理论研究

3.3.1引言

3.3.2计算方法

3.3.3 TiC5的几何结构和电子结构

3.3.4对TiC5-阴离子光电子能谱的指认

3.3.5小结

3.4 SiN团簇光电子能谱的指认

3.4.1引言

3.4.2计算方法

3.4.3结果和讨论

3.4.4结论：

第四章掺杂富勒烯C59B-和C59N+的第一性原理计算研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果和讨论

4.3.1 C59B-

4.3.2 C59N+

4.4 小结

攻读博士学位期间的研究成果

致谢

参考文献