團簇是介于原子分子和宏觀物體間的一個新層次,由于其特殊的物理、化學(xué)、及磁學(xué)等性質(zhì),團簇是當(dāng)前的研究熱點之一。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)其合成具有獨特性質(zhì)的新材料。這種以超原子團簇作為組裝基元,通過自下而上的方式合成的材料被稱為團簇組裝材料。團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新臺階,并且對團簇的實際利用有很大的提升。本文主要研究內(nèi)容如下:結(jié)合遺傳算法和從頭計算確定了Al₆OK₂的低能異構(gòu)體。通過分析其穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)揭示了以非金屬為中心的鋁-堿金屬團簇的幻數(shù)行為。金屬團簇離域的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團簇上的反鍵軌道,26個價電子形成s²p⁶S²P⁶D¹⁰的閉殼層強幻數(shù)電子結(jié)構(gòu)。Al₆O^2-陰離子與堿金屬陽離子之間通過離子鍵結(jié)... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

團簇科學(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)，簡單的團簇離子，如ZrO，在相關(guān)的反應(yīng)活性中可以作為與Pd-等離子等價的超原子，而對應(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)計超原子的電子計數(shù)規(guī)則團簇的屬性通常依賴于團簇的大孝形狀和組成。然而，一旦脫離真空環(huán)境，團簇就會與其周圍環(huán)境發(fā)生反應(yīng)或相互結(jié)合，從而破壞其獨特的性質(zhì)。要使用團簇作為物質(zhì)的構(gòu)建塊，團簇必須是穩(wěn)定的，并且能夠保持其身份。如果可以設(shè)計并合成一個具有原子精確大小和組成的團簇，這樣它就可以模仿元素周期表上原子的化學(xué)性質(zhì)。這樣的一個團簇可以被認為是一個超原子，它可以用來構(gòu)建一個新的三維元素周期表（見圖1.3），超原子構(gòu)成了第三維。因為設(shè)計這些超級原子的方法是無限的，所以這個新元素周期表的第三維，原則上是無限的。本小節(jié)我們討論了設(shè)計這些新物種的部分電子計數(shù)規(guī)則。

第1章緒論6圖1.3三維元素周期表[26]Jellium模型把金屬團簇看作兩個相互作用的子系統(tǒng)的和：價電子子系統(tǒng)和帶正電荷離子核的子系統(tǒng)。價電子子系統(tǒng)在其自身形成的場中運動，同時也在帶正電的離子核的子系統(tǒng)形成的場中運動。在普通的Jellium模型中，團簇的離子結(jié)構(gòu)被均勻且球?qū)ΨQ的正電荷分布所取代。電子對這個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)的角動量狀態(tài)[7,8]。事實上，即使是簡單的金屬也不是這樣。除了屏蔽效應(yīng)外，團簇中離散離子產(chǎn)生的靜電勢也不是球?qū)ΨQ的。因此，球形Jellium模型的能量殼層和簡并度將受到晶體場的影響，即所謂的Jahn-Teller效應(yīng)[27,28]。這可能會導(dǎo)致能級的重新排序，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簇而發(fā)展起來的，其中每個原子貢獻一個電子，而閉殼層的團簇包含了這個系列的原子數(shù)目。后來又擴展到堿土金屬團簇、鋁團簇、造幣金屬團簇等。我們注意到，在結(jié)晶狀態(tài)下，鎂和鋁等簡單金屬的費米表面不是球形的。Knight和他的同事做了一個Na團簇的開創(chuàng)性實驗，這個實驗將幻數(shù)的概念引入了人們的視野。在Na團簇的質(zhì)譜中（圖1.4），我們可以觀察到電子數(shù)為8、20、40、58、…鈉原子團簇有顯著的質(zhì)譜峰。這些峰對應(yīng)的團簇被稱為幻數(shù)團簇。用球形Jellium模型的電子閉合殼層解釋了這些幻數(shù)的來源。具有20個價電子的Au20團簇是一個非球形的金屬團簇，也可以看作是一個由幾個球形超原子連接在一起的超原子分子[29]。價電子主要分布在每個超原子的區(qū)域，而不是在整個原子團簇，這也遵循了Jellium模型規(guī)則。

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



本文編號：3417892