團(tuán)簇是介于原子分子和宏觀物體間的一個(gè)新層次,由于其特殊的物理、化學(xué)、及磁學(xué)等性質(zhì),團(tuán)簇是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。某些可以模擬元素周期表中某一原子化學(xué)行為的幻數(shù)團(tuán)簇被稱為超原子。超原子主要的兩大分支為超鹵素和超堿,可據(jù)其合成具有獨(dú)特性質(zhì)的新材料。這種以超原子團(tuán)簇作為組裝基元,通過(guò)自下而上的方式合成的材料被稱為團(tuán)簇組裝材料。團(tuán)簇組裝材料的研究將以往的以原子或分子為基本單元的普通材料推向一個(gè)新臺(tái)階,并且對(duì)團(tuán)簇的實(shí)際利用有很大的提升。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:結(jié)合遺傳算法和從頭計(jì)算確定了Al₆OK₂的低能異構(gòu)體。通過(guò)分析其穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)揭示了以非金屬為中心的鋁-堿金屬團(tuán)簇的幻數(shù)行為。金屬團(tuán)簇離域的Jellium軌道和非金屬原子的原子軌道作用形成局域在O原子上的成鍵軌道和離域在整個(gè)團(tuán)簇上的反鍵軌道,26個(gè)價(jià)電子形成s²p⁶S²P⁶D¹⁰的閉殼層強(qiáng)幻數(shù)電子結(jié)構(gòu)。Al₆O^2-陰離子與堿金屬陽(yáng)離子之間通過(guò)離子鍵結(jié)... 

【文章來(lái)源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：54 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

團(tuán)簇科學(xué)同一些科學(xué)領(lǐng)域的相互關(guān)系[9]

第1章緒論5圖1.2Cl-和Al13-的電子結(jié)構(gòu)比較[18]有研究發(fā)現(xiàn)了有趣的磁性超原子。典型的VNa8和7VNa模擬了Mn原子，而VNa9/8VNa的性質(zhì)與Cr原子相似[24]。在其他研究中，Castleman等人發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的團(tuán)簇離子，如ZrO，在相關(guān)的反應(yīng)活性中可以作為與Pd-等離子等價(jià)的超原子，而對(duì)應(yīng)物種具有類似的電子性質(zhì)[25]。在尋找其他超原子的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)超原子的化學(xué)本質(zhì)和確定超原子形成的化合物是很重要的，這也將常規(guī)的二維元素周期表擴(kuò)展成三維，為新材料和納米器件提供更豐富的構(gòu)建基元。1.2.3設(shè)計(jì)超原子的電子計(jì)數(shù)規(guī)則團(tuán)簇的屬性通常依賴于團(tuán)簇的大孝形狀和組成。然而，一旦脫離真空環(huán)境，團(tuán)簇就會(huì)與其周圍環(huán)境發(fā)生反應(yīng)或相互結(jié)合，從而破壞其獨(dú)特的性質(zhì)。要使用團(tuán)簇作為物質(zhì)的構(gòu)建塊，團(tuán)簇必須是穩(wěn)定的，并且能夠保持其身份。如果可以設(shè)計(jì)并合成一個(gè)具有原子精確大小和組成的團(tuán)簇，這樣它就可以模仿元素周期表上原子的化學(xué)性質(zhì)。這樣的一個(gè)團(tuán)簇可以被認(rèn)為是一個(gè)超原子，它可以用來(lái)構(gòu)建一個(gè)新的三維元素周期表（見(jiàn)圖1.3），超原子構(gòu)成了第三維。因?yàn)樵O(shè)計(jì)這些超級(jí)原子的方法是無(wú)限的，所以這個(gè)新元素周期表的第三維，原則上是無(wú)限的。本小節(jié)我們討論了設(shè)計(jì)這些新物種的部分電子計(jì)數(shù)規(guī)則。

第1章緒論6圖1.3三維元素周期表[26]Jellium模型把金屬團(tuán)簇看作兩個(gè)相互作用的子系統(tǒng)的和：價(jià)電子子系統(tǒng)和帶正電荷離子核的子系統(tǒng)。價(jià)電子子系統(tǒng)在其自身形成的場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也在帶正電的離子核的子系統(tǒng)形成的場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。在普通的Jellium模型中，團(tuán)簇的離子結(jié)構(gòu)被均勻且球?qū)ΨQ的正電荷分布所取代。電子對(duì)這個(gè)均勻的正背景做出反應(yīng)，并按照量子力學(xué)的規(guī)則填充連續(xù)的角動(dòng)量狀態(tài)[7,8]。事實(shí)上，即使是簡(jiǎn)單的金屬也不是這樣。除了屏蔽效應(yīng)外，團(tuán)簇中離散離子產(chǎn)生的靜電勢(shì)也不是球?qū)ΨQ的。因此，球形Jellium模型的能量殼層和簡(jiǎn)并度將受到晶體場(chǎng)的影響，即所謂的Jahn-Teller效應(yīng)[27,28]。這可能會(huì)導(dǎo)致能級(jí)的重新排序，從而改變殼層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相應(yīng)的Jellium結(jié)構(gòu)，如橢球形Jellium模型。Jellium模型最初是為堿金屬團(tuán)簇而發(fā)展起來(lái)的，其中每個(gè)原子貢獻(xiàn)一個(gè)電子，而閉殼層的團(tuán)簇包含了這個(gè)系列的原子數(shù)目。后來(lái)又?jǐn)U展到堿土金屬團(tuán)簇、鋁團(tuán)簇、造幣金屬團(tuán)簇等。我們注意到，在結(jié)晶狀態(tài)下，鎂和鋁等簡(jiǎn)單金屬的費(fèi)米表面不是球形的。Knight和他的同事做了一個(gè)Na團(tuán)簇的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)將幻數(shù)的概念引入了人們的視野。在Na團(tuán)簇的質(zhì)譜中（圖1.4），我們可以觀察到電子數(shù)為8、20、40、58、…鈉原子團(tuán)簇有顯著的質(zhì)譜峰。這些峰對(duì)應(yīng)的團(tuán)簇被稱為幻數(shù)團(tuán)簇。用球形Jellium模型的電子閉合殼層解釋了這些幻數(shù)的來(lái)源。具有20個(gè)價(jià)電子的Au20團(tuán)簇是一個(gè)非球形的金屬團(tuán)簇，也可以看作是一個(gè)由幾個(gè)球形超原子連接在一起的超原子分子[29]。價(jià)電子主要分布在每個(gè)超原子的區(qū)域，而不是在整個(gè)原子團(tuán)簇，這也遵循了Jellium模型規(guī)則。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]原子團(tuán)簇科學(xué)[J]. 王廣厚.  科技導(dǎo)報(bào). 1994(10)



本文編號(hào)：3417892