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Ag原子和水分子吸附在二氧化硅团簇上的第一性原理研究

作　者: 智丽丽
导　师: 赵高峰
学　校: 河南大学
专　业: 理论物理
关键词: 密度泛函理论(DFT) 几何结构 电子性质 光学性质
分类号: O561
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 87次
引　用: 1次
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内容摘要


本文利用基于密度泛函理论的第一性原理量了化学方法研究了Ag原了和水分子在二氧化硅团簇上的吸附,主要讨论了两种体系的几何结构和电子性质,以及其光学性质。其主要内容如下:一方面,利用Dmol3软件在广义梯度近似下,详细研究了Ag原子与（SiO2）n（n=1-7）团簇的相互作用。首先,我们研究了一个Ag原子在（SiO2）n（n=1-7）团簇上的吸附状态,结果表明:Ag原子易于吸附在存在有悬挂键的Si原子上,而且在不同尺寸的二氧化硅上吸附方向几乎相同。该Ag原予对二氧化硅团簇的结构和结合本质影响很小,只引起其临近原子电荷的重新分布。另外,我们还发现与纯（SiO2）n（n=1-7）团簇相比,吸附Ag原子后体系的HOMO-LUMO能隙显著降低,而且能隙正好接近于近红外光区,这就表明Ag（SiO2）n小团簇很可能是又一种用于治疗癌症的材料,其功能类似于金包裹二氧化硅纳米壳层和小Au3（SiO2）3团簇。其次,我们还研究了多个Ag原子在（SiO2）3团簇上的吸附,额外的Ag原子喜欢吸附在原有的Ag原子上,与Aun（SiO2）3团簇相比,Ag原子在二氧化硅团簇上更易于形成岛膜。另一方面,在Gaussian 03软件包下,我们详细地研究了单个水分子吸附在（SiO2）n（n=1-6）团簇上的几何结构,吸附能和电子性质。具体的研究发现:单个水分子喜欢与存在悬挂键的Si原子结合,而且,水分子平面几乎平行于与其结合的Si-O菱形环,通过密立根电荷分析发现水分子主要引起与其结合的周围原子的电荷的重新分布。另外,我们还研究了（SiO2）3团簇与多个水分子的相互作用,结果表明:随着水分子数目的增加,体系的硬度和HOMO-LUMO能隙均减小,二氧化硅小团簇与纳米链相比其Si-O键不易断裂,该键的断裂主要是由相对孤立的H3O分子引起的。最后,我们还分析了吸附有水分子的二氧化硅体系的红外和拉曼光谱,该光谱可用于验证水分子在吸附过程中是否分解。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 团簇研究的范畴及意义  8-11
  1.2 团簇的性质  11-13
  1.3 本论文研究意义和研究现状  13-14
  1.4 本论文研究内容  14-16
  参考文献  16-18
第2章 密度泛函理论及计算工具简介  18-29
  2.1 引言  18
  2.2 密度泛函理论(Density Functional Theory)的基本框架  18-23
    2.2.1 局域密度近似(Local Density Approximations)  20-22
    2.2.2 广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation)  22-23
  2.3 Dmol~3软件简介  23-25
  24 Gaussian 03程序的简单说明  25-27
    2.4.1 Gaussian 03程序的主要功能  25
    2.4.2 Gaussian 03的基本算法  25-26
    2.4.3 官方Gaussian 03文献的引用  26-27
  参考文献  27-29
第3章 Ag原子吸附在(SiO_2)_n(n=1-7)团簇上的密度泛函理论研究  29-46
  3.1 研究背景  29-30
  3.2 计算方法  30-31
  3.3 结果与讨论  31-43
    3.3.1 团簇的几何结构和电荷分布  31-36
    3.3.2 团簇的稳定性  36-40
    3.3.3 团簇的电子性质和光学特性  40-43
  3.4 结论  43-44
  参考文献  44-46
第4章 水分子吸附在(SiO_2)_n(n=1-6)团簇上的密度泛函理论研究  46-62
  4.1 研究背景  46-47
  4.2 计算方法  47
  4.3 结果与讨论  47-59
    4.3.1 (SiO_2)_nH_2O团簇的几何结构和电子性质  47-51
    4.3.2 (SiO_2)_3(H_2O)_n(n=1-6)团簇的几何结构和能量分析  51-54
    4.3.3 (SiO_2)_3(H_2O)_n(n=1-6)团簇的电子性质和光谱分析  54-59
  4.4 结论  59-60
  参考文献  60-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 分子物理学、原子物理学 > 分子物理学
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