本文關(guān)鍵詞：過渡金屬V、Fe、Co摻雜硼團簇結(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】：團簇作為介于原子、分子和宏觀固體材料之間的過渡態(tài),其隨尺寸改變而產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)和獨特性質(zhì)的變化可以很好的反映出微觀向宏觀轉(zhuǎn)變的特殊過程�？茖W(xué)家們很早就開始了對純硼團簇的研究,隨之便出現(xiàn)了對摻雜硼團簇的理論研究。近十幾年來,無論是實驗者還是理論研究者,對過渡金屬團簇的研究熱度不減,尤其是在催化應(yīng)用,磁性,有機化學(xué),納米尺度材料等方面的研究。因此設(shè)想將具有磁性的過渡金屬加入硼團簇中是否會有一些新的發(fā)現(xiàn)。我們希望通過理論計算可以找出摻雜團簇在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的變化規(guī)律,從而可以有效的指導(dǎo)實驗。本文在Gaussian和VASP軟件包下完成了對V_2B_n,Fe_2B_n和Co_2B_n(n=1-10)三個摻雜團簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),電子行為及其磁性的計算與研究。V_2B_n(n=1-10)團簇的研究是在Gaussian中進行,優(yōu)化過程選取了雜化密度泛函B3LYP,靜態(tài)能量計算則采取了CCSD(T)方法。對V_2B_n(n=1-10)團簇優(yōu)化的過程中考慮了所有可能合理的初始結(jié)構(gòu),并對每個結(jié)構(gòu)的多重度也都進行了充分的考慮。通過頻率計算確保優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)中沒有虛頻。結(jié)合計算結(jié)果得出以下結(jié)論:(1)當(dāng)n=2-4時,V_2B_n團簇形成的是不完整的雙錐結(jié)構(gòu)。對于V_2B_5來說,其最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是不規(guī)則多面體。對于n≥6的基態(tài)團簇可視為為雙錐結(jié)構(gòu),這與之前所研究的Sc2Bn,Ti2Bn團簇結(jié)果一致。(2)通過計算V_2B_n(n=1-10)各基態(tài)團簇的平均結(jié)合能、解離能與二階差分等能量變化趨勢,可以推出該團簇的幻數(shù)為n=6。(3)結(jié)合垂直電離勢,垂直電子親和能和化學(xué)硬度的計算結(jié)果來深入分析V_2B_n(n=1-10)的電子性質(zhì)。(4)通過V2B6基態(tài)團簇的軌道分析,可以對其穩(wěn)定性做出更為合理的解釋。Fe_2B_n(n=1-10)團簇的是計算在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,該軟件采用的是平面波展開法。依據(jù)計算結(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)團簇為平面型結(jié)構(gòu)。當(dāng)n≥6時,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)團簇的Eb、Ed以及Δ2E的遞變規(guī)律,推斷n=4,7為Fe_2B_n團簇的幻數(shù)。(3)通過對基態(tài)團簇的VIP和VEA,以及化學(xué)硬度的討論,有利于進一步的了解Fe_2B_n(n=1-10)團簇的電子性質(zhì)。(4)團簇磁性的研究主要通過計算態(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,使得團簇的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。(5)通過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。對于Co_2B_n(n=1-10)團簇的研究,在軟件包的選取與計算方法上均延續(xù)了Fe_2B_n(n=1-10)的選擇。結(jié)果顯示:(1)Co_2B_5團簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)也是平面型。同樣的,當(dāng)n≥6時,Co_2B_n的生長規(guī)律趨向于形成完整的雙錐構(gòu)型。(2)通過研究基態(tài)團簇各能量項的變化規(guī)律,可以推斷Co2B7為Co_2B_n(n=1-10)團簇的幻數(shù)團簇。(3)通過計算正負(fù)離子團簇與中性團簇的能量差,繪制出VIP與VEA的變化趨勢圖,可以對Co_2B_n團簇的電子性質(zhì)有深入的了解。(4)對磁性的研究同樣是通過態(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)團簇的磁矩大多數(shù)來源于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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O641.1

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：1191134