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WnC0,±（n=1-6）团簇的密度泛函理论研究

作　者: 康张李
导　师: 张秀荣
学　校: 江苏科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 密度泛函理论(DFT) WnC0,±（n=1-6）团簇 稳定结构 电子性质 磁性 红外振动光谱 极化率
分类号: O641.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


团簇是纳米材料结构的基本结构单元之一,纳米材料的性质可以通过改变团簇的尺寸、结构、组成而设计。因此,对团簇基态结构、稳定性和电子特性的理论研究是新材料微观结构设计中的重要课题之一,对于设计具有特定性能的新材料意义重大。本文采用密度泛函理论中的B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对WnC0,±（n=1-6）团簇进行了研究,其内容及主要结果如下:（1）首先对WnC0,±（n=1-6）团簇各种可能的构型进行了全面几何结构优化,得到了WnC0,±（n=1-6）团簇的基态结构,发现同尺寸中性、阴阳离子团簇的基态结构比较相似,且大多数基态结构的自旋多重度都较低,这与纯Wn团簇具有较低的自旋多重度类似。当W原子数n>3时,稳定构型从平面转变成立体结构,同时掺入的C原子更趋向于表面最稳定。通过平均结合能和能量二阶差分分析表明,C原子的掺入使得Wn团簇的稳定性增强,当n>1时,同尺寸团簇中阳离子团簇稳定性最强,中性团簇最弱。W3C团簇稳定性最高,可看作WnC0,±（n=1～6）团簇的结构基元;（2）在获得WnC0,±（n=1-6）团簇基态结构的基础上,我们用DFT的杂化密度泛函B3LYP方法对WnC0,±（n=1-6）团簇基态结构的物理化学性质作了深入分析,通过自然键轨道（NBO）分析了WnC0,±（n=1-6）团簇的电子分布以及W-C之间的相互作用,并与纯钨团簇的得失电子能力比了比较;在磁性方面,通过电子自旋密度图和前线分子轨道能级图揭示了W2C0,±和W4C0,±团簇磁性的主要来源;分析WnC0,±（n=1-6）团簇的红外振动光谱特征频率的振动模式,并对相关的红移、蓝移现象给出了解释;通过对极化率的分析,展示了团簇对外电场的响应情况。综上所述,本论文首次对WnC0,±（n=1-6）团簇的结构及物理化学性质进行了系统的理论研究,可为理解富钨情况下的碳化钨提供理论依据,同时也为寻找新的功能材料具有一定的理论指导意义。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-18
  1.1 团簇物理简介  12-14
    1.1.1 团簇  12
    1.1.2 团簇研究的意义  12-13
    1.1.3 团簇研究的主要内容  13-14
  1.2 钨团簇及其相关团簇的研究进展  14-16
    1.2.1 过渡金属团簇的研究  14
    1.2.2 钨相关团簇的研究  14-15
    1.2.3 碳化钨国内外研究进展  15-16
  1.3 本论文的研究意义和内容  16-18
    1.3.1 本论文的研究意义  16-17
    1.3.2 本论文的研究内容  17-18
第2章 理论基础及计算方法  18-29
  2.1 量子化学的发展  18-19
  2.2 密度泛函理论  19-27
    2.2.1 Thomas-Fermi 模型  20-21
    2.2.2 Hohenberg-Kohn 定理  21-22
    2.2.3 Kohn-Sham 方程  22-24
    2.2.4 交换相关泛函  24
    2.2.5 广义梯度近似泛函  24-26
    2.2.6 杂化密度泛函  26-27
    2.2.7 相对论效应  27
  2.3 密度泛函计算软件  27-29
第3章 W_nC~(0,±)(n=1-6)团簇的结构与稳定性研究  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 计算方法  29-30
  3.3 结果与讨论  30-36
    3.3.1 稳定结构  30-35
    3.3.2 稳定性分析  35-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章 W_nC~(0,±)(n=1-6)团簇性质的DFT 研究  38-60
  4.1 引言  38
  4.2 计算方法  38
  4.3 结果与讨论  38-58
    4.3.1 电子性质  39-47
    4.3.2 磁性  47-53
    4.3.3 红外振动光谱  53-56
    4.3.4 极化率  56-58
  4.4 本章小结  58-60
结论  60-61
展望  61-62
参考文献  62-66
攻读硕士期间发表的论文  66-67
致谢  67

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 结构化学 > 化学键理论
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