本文關(guān)鍵詞：過(guò)渡金屬V、Fe、Co摻雜硼團(tuán)簇結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性與磁性的密度泛函理論研究

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【摘要】：團(tuán)簇作為介于原子、分子和宏觀固體材料之間的過(guò)渡態(tài),其隨尺寸改變而產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)和獨(dú)特性質(zhì)的變化可以很好的反映出微觀向宏觀轉(zhuǎn)變的特殊過(guò)程�？茖W(xué)家們很早就開(kāi)始了對(duì)純硼團(tuán)簇的研究,隨之便出現(xiàn)了對(duì)摻雜硼團(tuán)簇的理論研究。近十幾年來(lái),無(wú)論是實(shí)驗(yàn)者還是理論研究者,對(duì)過(guò)渡金屬團(tuán)簇的研究熱度不減,尤其是在催化應(yīng)用,磁性,有機(jī)化學(xué),納米尺度材料等方面的研究。因此設(shè)想將具有磁性的過(guò)渡金屬加入硼團(tuán)簇中是否會(huì)有一些新的發(fā)現(xiàn)。我們希望通過(guò)理論計(jì)算可以找出摻雜團(tuán)簇在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的變化規(guī)律,從而可以有效的指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。本文在Gaussian和VASP軟件包下完成了對(duì)V_2B_n,Fe_2B_n和Co_2B_n(n=1-10)三個(gè)摻雜團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),電子行為及其磁性的計(jì)算與研究。V_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的研究是在Gaussian中進(jìn)行,優(yōu)化過(guò)程選取了雜化密度泛函B3LYP,靜態(tài)能量計(jì)算則采取了CCSD(T)方法。對(duì)V_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇優(yōu)化的過(guò)程中考慮了所有可能合理的初始結(jié)構(gòu),并對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)的多重度也都進(jìn)行了充分的考慮。通過(guò)頻率計(jì)算確保優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有虛頻。結(jié)合計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論:(1)當(dāng)n=2-4時(shí),V_2B_n團(tuán)簇形成的是不完整的雙錐結(jié)構(gòu)。對(duì)于V_2B_5來(lái)說(shuō),其最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是不規(guī)則多面體。對(duì)于n≥6的基態(tài)團(tuán)簇可視為為雙錐結(jié)構(gòu),這與之前所研究的Sc2Bn,Ti2Bn團(tuán)簇結(jié)果一致。(2)通過(guò)計(jì)算V_2B_n(n=1-10)各基態(tài)團(tuán)簇的平均結(jié)合能、解離能與二階差分等能量變化趨勢(shì),可以推出該團(tuán)簇的幻數(shù)為n=6。(3)結(jié)合垂直電離勢(shì),垂直電子親和能和化學(xué)硬度的計(jì)算結(jié)果來(lái)深入分析V_2B_n(n=1-10)的電子性質(zhì)。(4)通過(guò)V2B6基態(tài)團(tuán)簇的軌道分析,可以對(duì)其穩(wěn)定性做出更為合理的解釋。Fe_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的是計(jì)算在VASP軟件包下完成,選取的是廣義梯度近似的交換關(guān)聯(lián)能函數(shù)與PAW_PBE的贗勢(shì),該軟件采用的是平面波展開(kāi)法。依據(jù)計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論:(1)與V_2B_5的立體結(jié)構(gòu)不同,Fe2B5的基態(tài)團(tuán)簇為平面型結(jié)構(gòu)。當(dāng)n≥6時(shí),Fe_2B_n也是趨向于形成雙錐結(jié)構(gòu)。(2)結(jié)合Fe_2B_n(n=1-10)各基態(tài)團(tuán)簇的Eb、Ed以及Δ2E的遞變規(guī)律,推斷n=4,7為Fe_2B_n團(tuán)簇的幻數(shù)。(3)通過(guò)對(duì)基態(tài)團(tuán)簇的VIP和VEA,以及化學(xué)硬度的討論,有利于進(jìn)一步的了解Fe_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的電子性質(zhì)。(4)團(tuán)簇磁性的研究主要通過(guò)計(jì)算態(tài)密度(DOS),自旋密度,自旋能隙以及HOMO-LUMO能隙等方面。結(jié)果顯示:Fe_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的磁矩大部分是源于Fe原子的d軌道,并且在Fe原子與B原子之間形成了sp-d雜化,使得團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。(5)通過(guò)Bdaer電荷的分析,可以看出在Fe原子與B原子之間有明顯的電荷轉(zhuǎn)移,并且基本上均是由Fe向B轉(zhuǎn)移,這符合Fe與B原子的電負(fù)性關(guān)系。對(duì)于Co_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的研究,在軟件包的選取與計(jì)算方法上均延續(xù)了Fe_2B_n(n=1-10)的選擇。結(jié)果顯示:(1)Co_2B_5團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)也是平面型。同樣的,當(dāng)n≥6時(shí),Co_2B_n的生長(zhǎng)規(guī)律趨向于形成完整的雙錐構(gòu)型。(2)通過(guò)研究基態(tài)團(tuán)簇各能量項(xiàng)的變化規(guī)律,可以推斷Co2B7為Co_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的幻數(shù)團(tuán)簇。(3)通過(guò)計(jì)算正負(fù)離子團(tuán)簇與中性團(tuán)簇的能量差,繪制出VIP與VEA的變化趨勢(shì)圖,可以對(duì)Co_2B_n團(tuán)簇的電子性質(zhì)有深入的了解。(4)對(duì)磁性的研究同樣是通過(guò)態(tài)密度,自旋密度,自旋能隙以及HOMO-LUMO能隙。結(jié)果顯示:Co_2B_n(n=1-10)團(tuán)簇的磁矩大多數(shù)來(lái)源于Co的d軌道,Co原子與B原子之間也存在sp-d雜化。(5)Bader電荷分析圖顯示Co原子與B原子之間存在著明顯的電荷轉(zhuǎn)移,但與Fe_2B_n不同的是電子不再是完全由過(guò)渡金屬向B轉(zhuǎn)移,而是出現(xiàn)了B原子失電子的情況,這是由于Co原子與B原子的電負(fù)性相近造成的。
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O641.1

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 劉立仁;雷雪玲;陳杭;祝恒江;;B_(n-1)Li(n=2～13)摻雜團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2009年03期

2 雷雪玲;祝恒江;葛桂賢;王先明;羅有華;;密度泛函理論研究B_nNi(n=6—12)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和磁性[J];物理學(xué)報(bào);2008年09期

3 閆玉麗;趙文杰;高麗珍;侯衛(wèi)周;王淵旭;;FeB_N(N≤3)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與磁性[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2008年03期

4 王先明;雷雪玲;秦晨;張冬波;;密度泛函理論研究BemBn(m=1,2;n=1-4)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[J];新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年04期

5 井群;張俊;王清林;羅有華;;第一性原理對(duì)Ge_n B(n=12—19)團(tuán)簇的最低能量結(jié)構(gòu)及其電子性質(zhì)的研究[J];物理學(xué)報(bào);2007年08期

6 雷雪玲;王清林;閆玉麗;趙文杰;楊致;羅有華;;利用密度泛函理論研究B_n Ni(n≤5)小團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和磁性[J];物理學(xué)報(bào);2007年08期

7 楊致;閆玉麗;趙文杰;雷雪玲;葛桂賢;羅有華;;FeB_N(N≤6)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與磁性[J];物理學(xué)報(bào);2007年05期

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本文編號(hào)：1191134