NbSi（n=1～6）团簇的几何及电子结构性质的理论研究

摘要

纳米材料的性质可以通过改变其构成单元的组成、结构、尺寸而调控。团簇作为构建材料的一种基本结构单元，近多年来一直是人们研究的热点，而是否能寻找到恰当的稳定结构团簇则一直是团簇研究的核心问题。硅团簇中掺入过渡金属可以提高硅团簇的稳定性，改善其性质。对过渡金属掺杂硅的混合团簇的研究具有十分重要的科学意义和实际应用价值。本论文利用密度泛函理论研究了Nb2Sin(n=1~6)、Nb2sinn+(n=1~6)和Nb2Sin(n=1~6)团簇的几何构型、稳定性及电子性质。 本论文主要运用密度泛函方法，在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上对bib2sin(n=1~6)团簇的几何结构、稳定性和电子性质进行了系统的研究，得到了Nb2sin(n=1~6)团簇的一系列稳定构型，发现这些稳定结构基本上都保持了Sin+2团簇基态构型的框架。与中性的Nb2Sin(n=1~6)团簇相比，相应Nb2Sin+团簇和Nb2Sin。团簇只是在中性Nb2Sin(n=1~6)团簇的结构基础上发生了微小畸变。其中Nb2Si6团簇结构变化较为严重，已经完全偏离了中性团簇结构。研究团簇的平均束缚能和分裂能表明，Nb2sin+(n=1~6)团簇和Nb2Sin(n=1~6)团簇的平均束缚能都明显高于中性Nb2Sin(n=1~6)团簇的束缚能，说明NbESin+(n=1~6)团簇和Nb2Sin(n=1~6)团簇的稳定性都比中性Nb2Sin(n=1~6)团簇有所提高。通过对中性的和带电荷的Nb2Sin(n=1~6)最稳定构型的分裂能进行研究，发现无论是中性还是带电Nb2Si3团簇都是相应体系中最稳定的。对三类体系的自然布局分析发现，Nb2Sin+(n=1~6)团簇的自然布局与中性Nb2Sin(n=1~6)团簇的自然电荷分布一致，即当n=1~2时，两个Nb原子的自然电子布局为正，说明中性的和带电荷的Nb2Si团簇和Nb2Si2团簇中电子是从Nb原子向Si原子转移的；当n=3~6时，两个Nb原子的自然电子布局为负，说明此种情况下电子转移发生了反转，Nb2sin(n=3~6)和Nb2Sin+(n=3~6)团簇中Nb原子都充当了电荷的受体。而Nb2Sin(n=1~6)团簇中，两个Nb原子的自然电子布局均为负，也出现了电子反转。就HOMO-LUMO能隙而言，与纯硅团簇Si+2相比，Nb2Sin(n=1~6)团簇的HOMO-LUMO的能隙有所减小，但其大于NbSin(n=1~6)团簇HOMO-LUMO的能隙。说明Nb2sin(n=1~6)团簇的化学稳定性强于NbSin(n=1~6)团簇。相比中性Nb2Sin(n=1~6)团簇，除了n=2，6外，Nb2Sin+(n=1~6)团簇的HOMO-LUMO能隙普遍增大，说明失去一个电荷可以提高团簇的化学稳定性。能隙

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

§1.1、团簇的研究概述

1.1.1团簇简介

1.1.2、目前团簇研究的主要问题

§1.2、过渡金属掺杂硅团簇的研究进展

§1.3、本论文的工作

参考文献

第二章密度泛函理论

§2.1量子化学基础及Hartree-Fock自洽场理论

2.1.1、多粒子体系的Schr(o)dinger方程

2.1.2、Born-Oppenheimer近似

2.1.3、轨道近似

2.1.4、Hartree-Fock方法

§2.2、密度泛函理论

2.2.1、Thomas-Fermi(T-F)模型

2.2.2、Hohenberg-Kohn霍恩伯格—科恩定理

2.2.3、Kohn-Sham(沈吕九)方程

2.2.4、精确的密度泛函理论

2.2.5、局域自旋密度近似

2.2.6、广义梯度近似(Gradient Expansion Approximation，GEA)

2.2.7、相对论效应

§2.3、Gaussian程序的简介

参考文献

第三章Nb2Sin(n=1～6)团簇的密度泛函方法研究

§3.1引言

§3.2、计算细节

§3.3、结果与讨论

3.3.1几何结构与稳定性

3.3.2、平均束缚能和分裂能

3.3.3、布局分析

3.3.4、HOMO-LUMO能隙

§3.4、总结

参考文献

第四章Nb2Sin+(n=1～6)和Nb2Sin-(n=1～6)团簇的密度泛函方法研究

§4.1、引言

§4.2、计算细节

§4.3、结果与讨论

4.3.1、几何结构和稳定性

4.3.2、平均束缚能和分裂能

4.3.3、布局分析

4.3.4、电离势和亲和势

4.3.5、HOMO-LUMO能隙

§4.4、总结

参考文献

第五章结论与展望

§5.1、结论

§5.2今后打算

硕士期间发表和待发表的论文

致 谢