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《内蒙古工业大学》 2019年
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稀土金属铒(Er)掺杂硅团簇结构及性质研究

张彦芃  
【摘要】:硅作为现代工业的主要材料受到广泛关注,拥有极其重要的研究价值。纯硅团簇本身并不稳定,将稀土金属铒掺杂其中可以提高其稳定性,改善团簇的光化学活性的同时还能保留磁性。表现出新性质后的团簇便可以作为新颖自组装材料的构建单元,成为具有特定功能的新型可设计材料。论文采用PBEPBE,B3LYP和TPSSh三种不同的密度泛函方法结合大基组在ABCluster全局搜索确定出能量较低初始构型的基础上优化出在ErSi_n(n=3-10)及其阴离子的基态结构,使用加弥散函数的大基组预测了它们的解离能、电子亲和能、HOMO-LUMO能隙、电荷分布和磁矩等性质,并模拟了光电子能谱图。结果表明:(1)ErSi_n(n=3-10)中性团簇的基态结构为取代结构。n=3-6时,阴离子团簇的基态结构与中性团簇的基态结构一致;从n=7开始ErSi_n~-的基态结构与中性团簇的基态结构不同。ErSi_n(n=3-10)中性团簇的基态结构除ErSi_4外,均为三态,其中ErSi_4中性团簇的基态结构为五态。ErSi_n(n=3-10)阴离子团簇的基态结构为四态。(2)解离能分析表明ErSi_5、ErSi_8、ErSi_5~-和ErSi_9~-较为稳定。(3)通过分析HOMO-LUMO能隙,除了n=3,掺杂Er原子提高了Si_n(n=3-10)的光化学活性强。其中ErSi_4、ErSi_6和ErSi_9具有相对较好的光化学活性。(4)自然布局分析表明,ErSi_n(n=3-10)中性及其阴离子团簇的总磁矩主要由Er原子提供。(5)报道了ErSi_n(n=3-10)团簇的电子亲合能,垂直电子解离能和模拟光电子能谱。采用TPSSh和B3LYP两种杂化密度泛函方法结合大基组优化出ErSi_n(n=11-21)中性团簇的基态结构,预测了团簇的解离能、HOMO-LUMO能隙、电荷分布和磁矩等性质。结果如下:(1)TPSSh方法下,从n=18开始ErSi_n(n=11-21)中性团簇的基态结构由取代结构过渡为内嵌的笼形结构;而在B3LYP方法下,从n=16开始ErSi_n(n=11-21)中性团簇的基态结构由取代结构过渡为内嵌的笼形结构。(2)通过结合能、二阶能量差分以及解离能分析,ErSi_(18)和ErSi_(20)中性团簇较为稳定。(3)HOMO-LUMO能隙分析表明,除了n=13和16,掺杂Er原子提高Si_n(n=11-21)的光化学活性。ErSi_(20)的HOMO-LUMO能隙数值较低,光化学活性较好。(4)自然布局分析表明,ErSi_n(n=11-21)中性团簇的总磁矩主要由Er原子提供,并且基态结构由取代结构过渡为笼型结构后,ErSi_n(n=11-21)中性团簇的磁性加强。
【学位授予单位】:内蒙古工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O641.1

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