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《中国海洋大学》 2013年
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镍基团簇电子结构及性能的理论研究

王婉霞  
【摘要】:过渡金属团簇是现阶段研究的热门课题,由于它们的几何结构独特,在物理性质、化学性质、磁性、催化方面都有着极为优异的性能,目前已经引起广大研究者的关注。过渡金属团簇之一的镍团簇由于其独特的电子结构及其d电子层的离域性,被广泛的应用在催化反应和磁性材料上。近年来,对镍及其合金团簇的实验和理论研究也日趋增加。 本文通过采用密度泛函理论(Density Functional Theory),选用GaussianO3软件计算和分析了镍及镍基团簇的结构及性能,本论文的主要内容及结果如下: (1)通过使用GaussianO3程序中的各种不同的方法,结合以往文献中使用的各类方法并与实验数值做对比,对镍团簇的结合能、磁矩、电离势等量化参数做了分析,从中选出研究镍团簇的最优方法和基组:BPW91/Lanl2dz。进而在此条件下优化了Nin(n=1-13)的基态结构,通过分子轨道图分析了磁矩变化。 (2)采用BPW91/Lanl2dz/6-31G(d)方法计算出Nin-1Al(n=1-8,12)团簇的基态构型,发现Al原子优先吸附在Ni原子的周边,并且吸附模式为点代替吸附。另外,我们通过对掺杂团簇的平均结合能、HOMO-LUMO能隙的分析预测Ni5Al团簇为合金团簇的最稳定团簇。进而通过解离能、能量的二次差分和电离势分析验证了当Al的掺杂量为16.7%时,合金团簇最稳定。双金属团簇的磁矩变化趋势和自然电荷分布与团簇的分子轨道图相互印证,说明由于Al原子表现出的反磁性和Ni-Al之间的s-p-d杂化使得NinAl(n=1-8,12)团簇的磁矩明显降低。 (3)采用BPW91/Lanl2dz/6-31G(d)方法计算出NinAl-H2(n=1-6)团簇的基态构型,发现氢分子解离吸附在合金团簇的边缘。通过NBO分析和密立根电荷分析阐明了吸氢团簇内部轨道杂化现象,发现了电子主要由Al原子的3s轨道向Ni原子的3d轨道和H原子的1s轨道发生转移。从化学吸附能的参数与趋势图可以看出Ni3Al-H2团簇相对而言比较活泼,Ni5Al-H2团簇最为缓慢。 综上所述,本论文首次采用BPW91方法对镍及镍基团簇的物理化学特性进行理论研究,该方法的准确性将对镍及镍基团簇的研究更有参考意义。此研究为寻求新的功能材料提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O641.1

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