【摘要】：磁性過渡金屬(Fe、Co、Ni、Mn)團(tuán)簇奇異的物理化學(xué)性質(zhì),在化學(xué)催化反應(yīng)、磁性材料、生物醫(yī)療和光電子學(xué)等領(lǐng)域,呈現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。而二元過渡金屬團(tuán)簇,通過調(diào)控其團(tuán)簇的尺寸大小和比例,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)合金團(tuán)簇磁特性的人工剪裁和設(shè)計(jì),繼而獲得單質(zhì)過渡金屬團(tuán)簇本身沒有的磁特性,從而探索出新型磁性納米材料。因此,過渡金屬二元團(tuán)簇的幾何、電子結(jié)構(gòu)與磁性研究已成為近年來團(tuán)簇物理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鑒于此,本論文選用Fe基過渡金屬作為主團(tuán)簇,歸因于Fe團(tuán)簇具有獨(dú)特磁性和良好的催化性能;并選擇具有獨(dú)特的催化活性和生物相溶的Au原子作為摻雜元素,探究FeAu合金團(tuán)簇的幾何、電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)行為,促進(jìn)其在磁性存儲(chǔ)、催化和生物醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。另外,選擇V原子摻雜Fe_(13)團(tuán)簇進(jìn)行小分子吸附的理論研究,探究小分子吸附的最佳位置及其催化活性,為進(jìn)行優(yōu)良催化劑的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。其主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.Fe_nAu(n=1-12)合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和磁性基于密度泛函理論DFT-GGA的方法,我們對(duì)Fe_nAu(n=1-12)合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和磁性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明Fe_nAu(n=1,2,4-5,10-12)合金團(tuán)簇的最穩(wěn)定構(gòu)型仍保持與純Fe_(n+1)團(tuán)簇具有相似的構(gòu)型;當(dāng)n=6-9時(shí),Fe_nAu團(tuán)簇最低能量結(jié)構(gòu)是由摻雜Au原子占據(jù)純Fe_n團(tuán)簇構(gòu)型的外部位置構(gòu)成。Fe_nAu合金團(tuán)簇的分裂能和二階差分能表明Fe_6Au和Fe_9Au較其近鄰團(tuán)簇顯示強(qiáng)的穩(wěn)定性;而當(dāng)n=5和10,Fe_(n+1)團(tuán)簇具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。在Fe_nAu團(tuán)簇中,電荷總是從Fe原子轉(zhuǎn)移到Au上導(dǎo)致Au原子的磁矩幾乎為零,以及Au原子對(duì)Fe_nAu團(tuán)簇中Fe原子的平均磁矩幾乎無影響,這兩方面的因素致使Fe_nAu合金團(tuán)簇的磁矩較Fe_(n+1)團(tuán)簇降低了3μB。2.Fe_(13-n)V_n(n=0-4)合金團(tuán)簇的幾何、電子結(jié)構(gòu)和磁性采用密度泛函理論中的廣義梯度近似(DFT-GGA)方法對(duì)Fe_(13-n)V_n(n=0-4)合金團(tuán)簇進(jìn)行了幾何、電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)及其吸附小分子NO進(jìn)行了理論研究。與純Fe_(13)的基態(tài)結(jié)構(gòu)相似,最低能量態(tài)的Fe_(13-n)V_n(n=0-4)團(tuán)簇均保持高對(duì)稱性二十面體結(jié)構(gòu)。隨著V原子數(shù)的增加,表面V原子傾向于混合,形成更多V-V鍵,同時(shí)導(dǎo)致二十面體構(gòu)型的變形,對(duì)稱性明顯降低。Fe_(13-n)V_n(n=0-4)團(tuán)簇的總磁矩不是單調(diào)的降低,其中Fe_(10_V_3團(tuán)簇的總磁矩增加,而并無在Fe_(11)V_2團(tuán)簇的基礎(chǔ)上進(jìn)行總磁矩的減少。當(dāng)NO吸附Fe_(13-n)V_n團(tuán)簇時(shí),其基態(tài)結(jié)構(gòu)并沒發(fā)生明顯的變化,其最有利吸附位置既有頂位也有空位。Fe_(12)VNO和Fe_(10)V_3NO團(tuán)簇的活性顯著低于相鄰團(tuán)簇的活性。另外,Fe_(13-n)V_n(n=0-4)主團(tuán)簇吸附小分子后,其總磁矩減小1或3μB。
【圖文】：

3-1 FenAu，F(xiàn)en+1(n=1-12)團(tuán)簇的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和 FenAu 團(tuán)簇的 3 個(gè)低能量態(tài)(a，b，c)們的對(duì)稱性、總磁矩以及與基態(tài)的相對(duì)能。藍(lán)色和粉色小球分別代表 Fe 和 Au 原子.3.2 FenAu (n=1-12)團(tuán)簇的穩(wěn)定性這一部分，我們將會(huì)討論 FenAu 合金團(tuán)簇最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)依賴于尺寸變化的物理性質(zhì)。FenA平均結(jié)合能 Eb隨著團(tuán)簇尺寸 n 變化現(xiàn)象繪制在圖 3-2 (a)中。為了方便對(duì)比，我們同時(shí)也

FenAu (n=1-12)團(tuán)簇最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的平均結(jié)合能、分裂能和二階差分能的變化O-LUMO 能隙是是表征團(tuán)簇電子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的參數(shù)。團(tuán)簇較大的能隙對(duì) 3-3，F(xiàn)eAu 中團(tuán)簇的 HOMO -LUMO 能隙最小，僅有 0.040 eV。然而，F(xiàn)e變化趨勢基本處于相對(duì)是穩(wěn)定狀態(tài)，其能隙值在 0.376～0.506 eV 之間，學(xué)惰性。當(dāng) n＝10，11 和 12 時(shí)，其間隙能能明顯降低。HOMO -LUMO屬-金屬成健中卷入了更多的原子[86,87]。因此，這三種團(tuán)簇具有的強(qiáng)金屬
【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

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本文編號(hào)：2552696