鋁鐵、鋁鋯合金團(tuán)簇的第一原理計(jì)算.pdf

1、團(tuán)簇由于其獨(dú)特的構(gòu)型使其在電、光、磁和熱力學(xué)方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，如較大的比表面積使其在催化和吸附方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。團(tuán)簇科學(xué)是凝聚態(tài)物理、量子化學(xué)、材料科學(xué)和表面物理的交叉學(xué)科，深入研究團(tuán)簇的構(gòu)型和性質(zhì)有助于理解從原子、納米到塊體材料的演變規(guī)律。隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，密度泛函理論成為理論研究的重要方法之一。
　　 首先，本文采用B3LYP方法系統(tǒng)地研究Aln-2Fe2(n=3-13)團(tuán)簇的基態(tài)構(gòu)型、

2、相對穩(wěn)定性、電荷特性和磁性性能。根據(jù)計(jì)算獲得的結(jié)合能、解離能和二階能量差分，本文發(fā)現(xiàn)Aln-2Fe2(n=6、8、11和13)團(tuán)簇穩(wěn)定性隨著團(tuán)簇增大逐漸提高。當(dāng)n<11時(shí)，Al4Fe2團(tuán)簇的Al-Fe原子之間的Mayer鍵級最強(qiáng)也就說明Fe原子與Al原子之間有強(qiáng)烈的相互作用。從n=12開始，其中一個(gè)Fe原子傾向位于Aln團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的中心位置，而另外一個(gè)Fe原子位于Aln團(tuán)簇的表面。由Aln-2Fe2的電荷密度圖可知每個(gè)Fe原子的核心峰位很

3、高很亮說明sp-d雜化現(xiàn)象明顯。自然電荷布居分析(NPOA)表明Fe原子的3d、4s和4p態(tài)與Al原子的3s和3p態(tài)之間有電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致sp-d雜化。Aln-2Fe2團(tuán)簇的總磁矩主要來自Fe原子的貢獻(xiàn)。從n=12開始，F(xiàn)e原子的磁矩降低，是由于其中一個(gè)Fe原子位于籠狀結(jié)構(gòu)的中心位置造成的。
　　 其次，使用B3LYP方法系統(tǒng)地研究AlnZrm(n+m=5，6)團(tuán)簇隨成分從純Al變化到純Zr的基態(tài)構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)和磁性性質(zhì)。計(jì)算得到鍵

4、長、頻率和結(jié)合能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其它理論結(jié)果符合的很好。根據(jù)平均結(jié)合能的結(jié)果可知隨著Al原子摻雜Zrm團(tuán)簇，團(tuán)簇的平均結(jié)合能呈現(xiàn)振蕩變化。能隙隨著團(tuán)簇成分由純鋁改變?yōu)榧冧唸F(tuán)簇其趨勢降低，這說明Zr元素能顯著的提高Aln團(tuán)簇的穩(wěn)定性。根據(jù)自然軌道分析結(jié)果可知AlnZrm團(tuán)簇的電荷轉(zhuǎn)移主要從Al原子的3s態(tài)轉(zhuǎn)移到Zr原子的4d態(tài)導(dǎo)致Zr原子形成s-d雜化。同時(shí)，有少量的電荷發(fā)生內(nèi)部轉(zhuǎn)移從Al原子的3s態(tài)轉(zhuǎn)移到3p態(tài)形成s-p雜化。AlnZrm團(tuán)