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金属团簇在能源应用上的第一性原理研究

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【摘要】: 伴随着化石能源的枯竭及与之相关的环境污染问题,新能源的开发日益成为世界各国关注的热点问题。我们的主要工作是结合金属团簇独特的物理化学性质,探讨金属团簇在新能源开发上的潜在的应用价值。从研究铝团簇和氢原子相互作用的物理化学机制入手,探讨了如何利用团簇形成的纳米材料储氢以及团簇形成的纳米材料与体材料相比的优越性。基于DFT方法的第一性原理计算表明,富氢体系可以形成Al_nH_(3n)的笼型团簇结构,这些结构中,以具有八面体对称的Al_6H_(18)和Al_(12)H_(36)结构最为稳定。我们发现以团簇Al_(12)H_(36)为基本结构单元可以形成稳定的(Al_(12)H_(36))n团簇链,为铝团簇储氢提供了新的思路。同时对Al_(12)H_(36)的生成热和燃烧热等热力学性质的研究表明其可能成为一种新型的高能密材料。这一特性是氢化铝的体材料所没有的。通过对一维金链激发态光谱的计算讨论了一维金链中等离激元的形成,着重讨论了纵模随着一维金链长度的改变。我们发现金原子中的d电子对等离激元的形成有非常大的影响,导致了一维金链中的横向跃迁模式位于非常高的激发能量范围内,同时也使得光谱结构更为复杂。随后以九个金原子组成的金链为例,讨论了一维金链对聚合己基塞吩(P3HT)的吸收谱的影响。我们发现一维金链可以使己基塞吩的二聚物和四聚物的吸收谱从紫外区红移至可见光和红外光区域,从而达到有效利用太阳光的辐射的目的。


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