B及BN小团簇结构与稳定性的密度泛函理论研究

摘要

Ⅲ—Ⅴ族元素独特的电子构型使得其小团簇表现出一些奇特的性质，近年来成为人们研究的热点。本文利用密度泛函理论对硼小团簇和氮化硼团簇的结构和稳定性进行了系统的理论研究。 首先为分析硼氮成键特性，利用含有电子相关效应校正的密度泛函理论DFT中的B3LYP方法，选择6-311G*基组对BN分子的势能函数进行理论研究。计算得到BN基电子态是：3П，导出了相应分子的解析势能函数，其可以形成稳定的结构。接着，采用密度泛函理论的B3LYP方法，在6-31G*水平上对Bn(n=2-8)团簇的各种可能的几何构型和电子结构进行了优化和振动频率计算，对其中每一具体尺寸的团簇，得到了多个平衡构型，找到了硼团簇的基态稳定结构。结果表明，Bn的小团簇稳定结构大部分为平面结构，平面结构又分为链状和环状结构两种相对稳定。最后，使用泛函密度理论的B3LYP方法，在6-311G*水平上对BnN(n=1-8)团簇的几何结构、电子结构、振动频率等进行了理论研究。 结果表明，以Bn团簇作为设计母体，考虑在不同位置上结合N原子可以较快找到BnN类团簇基态结构；团簇的最稳定结构是平面结构，N原子倾向于在B团簇外端与两个B原子成键。通过对基态结构的平均束缚能和能量二次差分的计算，得到n=2和5的BnN团簇较为稳定。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 团簇及其分类

1.1.1团簇的概念

1.1.2团簇的分类

1.2 团簇的特性

1.2.1尺寸效应

1.2.2表面效应

1.3 团簇研究的内容和方法

1.3.1团簇研究的内容

1.3.2团簇研究的方法

1.4 本文研究的内容及意义

第二章理论基础

2.1从头算理论简介

2.1.1薛定谔方程Schr(o)dinger及三个近似

2.1.2 Hattree-Fock理论

2.1.3相关能

2.1.4基组

2.2 密度泛函理论(DFT)

2.2.1密度矩阵方法

2.2.2Thomas—Fermi模型

2.2.3 Hobenberg—Kohn定理

2.2.4 Kohn—Sham方程

2.2.5局域密度近似和广义梯度近似

2.2.6杂化方法

2.3 Gaussian软件简介

第三章BN势能函数

3.1 BN基态与离解通道的确定

3.1.1 BN基态

3.1.2分子电子组态与电子状态

3.2势能曲线和势能函数

3.3力学性质与光谱性质

3.4小结

第四章Bn团簇结构与稳定性

4.1计算方法

4.2结果和讨论

4.2.1几何结构和电子结构

4.2.2基态结构的振动频率

4.2.3基态结构的稳定性

4.3小结

第五章BnN团簇结构和稳定性

5.1计算方法

5.2结果和讨论

5.2.1基态结构的选择

5.2.2基态的几何结构和电子结构

5.2.3振动频率

5.2.4团簇电荷

5.2.5能量与基态稳定性

5.3小结

结论

参考文献

附录A Hobenberg-Kohn定理的证明

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢