內(nèi)嵌Mn、Fe、Co、Ni的堿金屬磁性超原子的DFT研究.pdf

1、通過設(shè)計原子團簇的特定尺寸、特殊組分和結(jié)構(gòu)，以期得到團簇新穎的性質(zhì)，是人們廣泛關(guān)注的課題。近年來，某些原子團簇的電子特性表現(xiàn)出了與元素周期表中貴金屬元素相近的電子特性，展現(xiàn)了在新能源、環(huán)境治理等領(lǐng)域獲得更廉價的催化劑材料的可能，從而成為人們關(guān)注的焦點。人們把這類團簇稱為“超原子”，量子化學(xué)的研究結(jié)果為“超原子”的概念提供了支持。
　　 本文基于“超原子”的概念，采用密度泛函理論對內(nèi)嵌磁性原子Mn、Fe、Co、Ni的堿金屬團簇的結(jié)

2、構(gòu)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、團簇磁矩等進行了研究。
　　 論文第一章簡要介紹了“超原子”的研究進展和本論文的研究對象。第二章介紹了密度泛函理論和論文中所使用的基于密度泛函理論的科學(xué)計算軟件。第三章給出了內(nèi)嵌Mn、Fe、Co、Ni的堿金屬磁性團簇密度泛函理論研究結(jié)果。
　　 論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 1.對Mn@A8（A=Li，Na，K，Rb，Cs）的計算結(jié)果表明：1）Mn@Cs8和Mn@Rb8的最低能量結(jié)構(gòu)具

3、有D2對稱性；2）Mn@Li8具有較低的能量和較高的HOMO-LUMO能隙，表現(xiàn)出較強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)惰性；3）通過分析團簇的總磁矩以及自旋電荷密度發(fā)現(xiàn)，內(nèi)嵌Mn所構(gòu)成的Mn@A8（A=K、Rb）團簇具有5.00μB的磁矩，而Mn@A8（A=Li或Na）團簇具有3.00μB的磁矩。
　　 2.對Fe@A8（A=Li，Na，K，Rb，Cs）的計算結(jié)果表明：Fe@A8團簇的最低能量結(jié)構(gòu)均具有C1對稱性，鐵原子均位于封閉的堿金屬

4、外殼的內(nèi)部；內(nèi)嵌Fe的Li團簇的最低能量結(jié)構(gòu)具有最低能量和最大的HOMO-LUMO能隙，具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)惰性；內(nèi)嵌Fe構(gòu)成的K、Rb和Cs團簇具有4.00μB的磁矩。
　　 3.對Co@A8（A=Li，Na，K，Rb，Cs）的計算結(jié)果表明：Co@A8團簇的最低能量結(jié)構(gòu)與內(nèi)嵌Fe原子得到的堿金屬團簇相似，均具有C1對稱性，鈷原子均為于封閉的堿金屬外殼的內(nèi)部；內(nèi)嵌Fe的Li團簇具有最低的能量和較大的HOMO-LUMO能

5、隙，具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)惰性；內(nèi)嵌Co構(gòu)成的K、Rb團簇的最低能量結(jié)構(gòu)具有3.00μB的磁矩。
　　 4.對Ni@A8（A=Li，Na，K，Rb，Cs）的計算結(jié)果表明：內(nèi)嵌于Rb的混合團簇的最低能量結(jié)構(gòu)具有C2對稱性，其它團簇的最低能量結(jié)構(gòu)具有C1對稱性；內(nèi)嵌Ni的Li團簇具有最低的能量和較大的HOMO-LUMO能隙，具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)惰性；內(nèi)嵌Ni構(gòu)成的堿金屬團簇的最低能量結(jié)構(gòu)不顯示磁性。