(XNR)4立方簇合物结构与稳定性的DFT研究

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团簇Mo3S4的热力学稳定性及催化性质

V ol .37N o.7Jul .2021赤峰学院学报渊自然科学版冤J our nalofChi f eng U ni ver s i t y (N at ur alSci ence Edi t i on)第37卷第7期2021年7月1引言与传统金属材料有所不同袁非晶态合金内部为近程有序尧长程无序的原子结构袁这使得非晶态合金具有与传统金属材料不同的性能特点袁例如软磁性尧超导性尧耐磨性尧耐腐蚀性尧高强度和高硬度等[1]遥非晶态合金具有独特的结构特点袁不存在偏析尧位错和堆垛层错等缺陷袁催化活性中心以单一形式均匀分散在环境中袁且表面能高袁可连续改变成分袁具有明显的催化性能[2]遥非晶态合金因优异的催化性能成为当下科研热点遥由于非晶态合金催化剂具有较高的选择性及催化活性尧表面积大和热稳定性好等特点袁作为新型催化材料将为催化领域的发展做出更大贡献遥与钼相关物质如氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂袁其中M o-S 体系的复合材料具有较高的光催化性能[3]尧电化学稳定性能[4,5]等特性遥除此之外袁M o-S 体系在电池等电化学领域也应用广泛袁其中M oS 2在能源转换和存储领域占据相当重要的地位遥根据进一步的研究分析发现袁从剥离的M oS 2中简易还原处理提取的M o 6S 8袁可用于高效的微波吸收应用[6]遥Chevr el相纳米片M o 6S 8团簇的扩展结构能够将CO 2电化学转化为甲醇和氢气等液体和气体燃料[7]遥此外团簇M o 6S 8还被认为是一种有前途的可充电镁电池阴极材料[8]遥可见M o-S 体系的研究和应用前景非常可观袁因此十分具有研究价值遥据以往的研究发现袁相较于团簇M oS 2与团簇M o 6S 8袁具有额外的半不稳定配体的三金属M o 3S 4团簇将会在未来形成新的高效催化系统[9]遥同时三核M o 3S 4团簇是一类广为人知的无机化合物袁可作为高效的助催化剂袁用于析氢尧水分离尧有机染料脱色等反应袁还可用于硝基芳烃的还原和五氟吡啶的加氢脱氟反应袁并在广泛的有机反应中表现出优异的催化活性[10]遥此外袁团簇M o 3S 4还是一种可使软金属具有零价可能性的氧化还原活性组分物质袁通过对团簇M o 3S 4的分析为设计聚合物杂化体和实现功能化聚合物纳米系统开辟了道路[11]袁为科研工作者进一步探索M o 3S 4提供了有力的科学依据遥通过查阅大量文献发现袁科研工作者对于M o-S 体系的研究主要集中于探讨非晶态合金M oS 2以及M o 6S 8的优质性能袁而对于M o 3S 4的研究较少袁且已有研究大部分都是宏观实验的探究袁因此本文着重从微观方向对团簇M o 3S 4的热力学稳定性及催化性质进行研究袁以期为其他研究人员对M o-S 体系的研究提供理论基础遥2设计团簇模型与计算方法根据拓扑学原理[12]和化学成键原理[13]设计团簇团簇M o 3S 4的热力学稳定性及催化性质朱依文袁方志刚袁秦渝袁侯欠欠袁王思怡渊辽宁科技大学化学工程学院袁辽宁鞍山114051冤摘要院以团簇M o 3S 4为模型袁运用密度泛函理论(D FT )方法袁在B 3LY P/Lan12dz 水平下对其初始构型进行自旋多重度为单尧三的全参数优化袁排除虚频和相同的构型后袁最终得到8种稳定构型遥通过对团簇M o 3S 4热力学稳定性的分析可知袁三重态构型相较于一重态更为稳定袁其中构型1(3)最为稳定曰分析团簇M o 3S 4中不同原子对前线H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率及催化性质袁结果表明:M o 原子对H O M O 尧LU M O 均起到了主导作用袁其最有可能成为团簇潜在的催化活性位点袁且团簇M o 3S 4在催化反应中接受电子的能力要强于提供电子的能力遥关键词院团簇M o 3S 4曰热力学稳定性曰态密度曰催化性质中图分类号院O 641.12文献标识码院A文章编号院1673-260X 渊2021冤07-0001-04收稿日期院2021-04-07基金项目院国家自然科学基金重点项目渊51634004);国家级大学生创新创业训练计划渊202010146009尧202010146016)曰辽宁省大学生创新创业训练计划渊202010146059尧202010146052尧202010146015)通信作者院方志刚(1964-)袁教授尧博士尧博士生导师袁主要从事量子化学物理化学及表面催化研究遥E-m ai l :I nf zg@ 遥. All Rights Reserved.M o 3S 4的初始构型遥运用密度泛函理论[14]渊D ens i t y Funct i onal Theor y 袁D FT 冤方法在B3LY P/Lan12dz 水平下袁利用G aus s i an09程序对团簇M o 3S 4所有初始构型对一尧三重态下进行优化计算遥运用文献[15]中相同的计算方法对S 加极化函数孜s .d =0.55[16]遥并利用G aus s i an09程序提炼出各优化构型的能量参数及H O M O 尧LU M O 能级等相关数据遥3结果与讨论3.1团簇M o 3S 4的8种优化构型通过对团簇M o 3S 4进行计算后得出一尧三重态共8种优化构型遥以六棱锥尧五棱双锥尧戴帽四棱双锥尧戴帽三角双锥为基础构建团簇M o 3S 4的初始构型袁排除含虚频和相同构型后袁将团簇M o 3S 4的各优化构型分为四大类院六棱锥渊4渊3冤冤尧五棱双锥型渊2渊3冤冤尧戴帽的四棱双锥渊2渊1冤尧3渊1冤尧4渊1冤尧3渊3冤)和三角双锥型渊1渊1冤尧1渊3冤尧3渊1冤冤遥构型1渊1冤是以M o3-M o1-M o2为平面袁S4为顶尧S3为帽尧S2为底尧S1为帽的戴帽三角双锥曰构型2渊1冤是S4-M o3-M o2-S3为平面袁S1为顶尧M o1为底尧M o2为帽的戴帽四棱双锥曰构型3渊1冤是以S2-S3-S4为平面袁M o2为顶尧S1为帽尧M o1为底尧M o3为帽的戴帽三棱双锥曰构型4渊1冤是以S1-S2-S3-S4为平面袁M o2为顶尧M o1为底尧M o3为帽的戴帽四棱双锥曰构型1渊3冤是以M o3-M o2-S2为平面袁S3为顶S1为帽尧S4为底M o2为帽的戴帽三角双锥遥构型2渊3冤是S1-M o3-S2-M o1-M o2为平面袁S4为顶尧S3为底的五棱双锥曰构型3渊3冤是以S3-M o1-M o2-M o3为平面袁S4为顶尧S1为底袁S2为帽的戴帽四棱双锥曰构型4渊3冤是以S1-S3-M o2-S4-S2-M o1为基准面袁M o2为顶的六棱锥遥以能量值最低的构型1渊3冤渊0kJ /m ol 冤为参照袁计算其余构型能量袁将能量由低到高的顺序排列为院1渊3冤<1渊1冤<2渊3冤<2渊1冤<3渊3冤<4渊3冤<3渊1冤<4渊1冤袁其中右上角括号内的数字代表自旋多重度遥从整体来看袁三重态构型稳定性优于一重态构型袁其中构型1渊3冤最为稳定遥3.2团簇M o 3S 4的热力学稳定性热力学稳定性可以反映出物质在一定条件下发生化学反应的难易程度遥而能量是衡量稳定性的重要因素袁吉布斯自由能只取决于系统的始态与终态袁吉布斯自由能越小袁说明反应自发能力越强曰结合能越大袁则构型越稳定遥因此为探究各构型的热力学稳定性袁设计团簇M o 3S 4的合成路径为院3M o+4S 寅M o 3S 4袁并给出各优化构型的能量参数袁如图1所示遥其中EB E 和驻G 的计算公式分别为院E BE =3E ZPE 渊M o 冤+4E ZPE 渊S 冤-E ZPE 渊M o 3S 4冤袁吟G =G 渊M o 3S 4冤-3G 渊M o 冤-4G 渊S 冤遥其中E ZPE 渊M o 冤=-67.271723a.u.袁E ZPE 渊S 冤=-10.038449a.u.袁G 渊M o 冤=-67.288204a.u.袁G 渊S 冤=-10.054382a.u.遥从表1中可以看出袁构型1渊3冤的能量值最低袁说明该构型相对于其他构型最为稳定遥构型1渊3冤的吉布斯自由能变最小且结合能最大袁进一步证明其构型的稳定性最强遥从构型1渊3冤到构型4渊1冤的能量呈上升的趋势袁结合能呈下降趋势且均为正值袁说明随着能量的降低袁结合能的增强袁构型的稳定性逐渐增强遥整体来看袁单重态能量渊-243.216耀-243.062a.u.冤与三重态能量变渊-243.219耀-243.080a.u.冤相差较小袁说明重态的变化并未对构型能量变化造成较大影响遥且团簇M o3S4各优化构型之间的结合能渊1.093耀1.250a.u.冤与吉布斯自由能渊-0.980耀-1.178a.u.冤变化范围均较小袁因此说明团簇M o 3S 4各优化构型之间的稳定性变化不大遥此外袁随着构型能量的增加袁结合能减小袁吉布斯自由能变增加袁各构型的反应自发程度减小袁稳定性变弱遥综上所述袁构型1渊3冤结合能最大尧吉布斯自由能变最小袁其稳定性最强遥构型4渊1冤的结合能最小袁吉布斯自由能变最大袁能量最高袁稳定性最差遥3.3团簇M o 3S 4的催化性质3.3.1H O M O 与LU M O 轨道的贡献率由前线轨道理论可知袁最高占据轨道H O M O 和最低未占轨道LU M O 是决定一个体系发生化学反应的关键遥为深入探究团簇M o 3S 4的催化性质袁分析各优化构型中不同原子对H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率以便精确地寻找出该团簇起催化作用时图1团簇M o 3S 4的8种优化构型构型E G E BE 驻G1渊3冤1渊1冤2渊3冤2渊1冤3渊3冤4渊3冤3渊1冤4渊1冤-243.219-243.216-243.171-243.159-243.143-243.080-243.067-243.062-243.260-243.254-243.213-243.199-243.185-243.123-243.108-243.1031.2501.2471.2021.1901.1741.1111.0981.093-1.178-1.171-1.130-1.077-1.102-1.040-1.026-0.980表1团簇M o 3S 4的能量参数袁a.u.. All Rights Reserved.潜在催化活性位点遥表2为团簇M o 3S 4中M o 尧S 原子对H O M O 尧LU M O 轨道贡献比例的具体数据遥在团簇M o 3S 4各优化构型中袁M o 尧S 原子对H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率变化范围一致袁分别为78.19%尧71.4%遥进一步分析不同原子对H O M O 尧LU M O 轨道贡献率的平均值袁发现M o 原子对H O M O 和LU M O 轨道平均贡献率均大于50%(分别为55.96%尧55.29%)袁由此可见M o 原子是前线轨道的主要贡献者袁所以M o 原子是团簇M o 3S 4在催化反应中潜在的活性质点遥值得一提的是袁构型1(3)尧2渊3冤中袁S 原子对于前线H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率均远超于其他构型袁说明构型1(3)尧2渊3冤中S 原子对前线轨道起主要作用遥而在戴帽四棱双锥构型3渊3冤和六棱锥构型4渊3冤中袁M o 原子对H O M O 尧LU M O 轨道的贡献情况相似袁说明空间结构的变化不影响各原子对其构型的H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率遥由以上研究可以得出袁M o 原子对H O M O 尧LU M O 的贡献大于S 原子袁说明M o 原子是团簇M o 3S 4在催化反应中潜在的活性质点遥3.3.2态密度图费米能级E Fer m i 表示温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级袁其作为Fer m i -di r ac 分布函数中一个重要参量袁具有决定整个系统能量的重要作用遥E Fer m i 表示为最高占据轨道能级E H O M O 与最低未占轨道能级E LUM O 之和的平均值袁即E Fer m i =(E H OM O ﹢E LUM O )/2遥E Fer m i 附近电子云密度越大袁说明团簇M o 3S 4的化学反应活性越强遥图3中虚线表示费米能级袁而实线可形象的模拟出费米能级附近电子云的分布情况遥Fer m i能级的左侧表示团簇在参加化学反应时提供电子的能力袁且右侧表示物质在催化反应中接受电子的能力袁两者均可以衡量团簇M o 3S 4作为催化剂时的催化活性大小遥分析团簇M o 3S 4单重态和三重态优化构型的态密度图袁其均呈现若干个波峰袁各构型的最高峰均分布在Fer m i能级的右侧且为正值袁此外右侧峰的面积大于左侧峰的面积袁说明团簇M o 3S 4在参与催化反应的过程中袁易接受外来电子遥此外袁除构型2(1)和4(1)态密度图中左右两侧最高峰与费米能级的距离近乎相同外袁其余构型则均表现为左侧波峰距小于右侧袁说明团簇M o 3S 4提供电子的能力也不容忽视遥由上述分析可知袁M o 原子对前线H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率较大袁由此可推断袁Fer m i能级之所以左右两侧出现最高峰主要是受到M o 原子的影响遥综上所述在参与催化反应的过程中袁团簇M o 3S 4在催化反应中接受电子的能力要强于提供电子的能力遥构型M o 贡献率S 贡献率H O M O LU M O H O M O LU M O 1(1)79.0177.3120.9922.692(1)50.9176.4949.0923.513(1)72.4762.0627.5337.964(1)83.9577.7516.0522.251(3)8.358.6891.6591.322(3) 5.76 6.3594.2493.653(3)69.5766.3330.4333.674(3)74.1864.0625.8235.94平均值55.9655.2944.0343.56表2团簇M o 3S 4中M o 尧S 原子对H O M O ,LU M O 轨道上的贡献率,%图3团簇M o 3S 4的态密度图4结论利用密度泛函理论袁在B3LY P/Lan12dz 水平下对团簇M o 3S 4的一尧三重态所有可能存在构型进行优化和计算袁最终得到8种优化构型袁通过对能量尧轨道贡献率以及态密度图的分析对优化后构型从热力学稳定性及催化性质进行探究袁结果表明院在. All Rights Reserved.各优化构型中构型1渊3冤结合能最大尧吉布斯自由能变最小袁其稳定性最强而构型4渊1冤的稳定性最差曰随着能量的增加袁反应自发程度减小袁稳定性逐渐变弱袁但各优化构型之间的热力学稳定性相差较小遥不同原子对前线轨道H O M O 尧LU M O 均有贡献但M o 原子对于整个团簇H O M O 尧LU M O 轨道的贡献率略高于S 原子对其的贡献率袁说明M o 原子是团簇M o 3S 4在催化反应中潜在的活性位点遥且团簇M o 3S 4在催化反应中接受电子的能力要强于提供电子的能力遥要要要要要要要要要要要要要要要要要要要参考文献:也1页Saengdeej i ng A ,C hen Y ,M at s uur a M ,et al .Fi r s t -pr i nci pl es St udy of St abi l i t y of C u i n t he N d-r i ch and N d O xi de Phas es of N d-Fe-B Per m anent M agnet [J ].J our nal of t he C hi nes e C hem i ca l Soci et y,2016,63(06):506-512.也2页G uo Y Q ,Y u J K ,Y ang H B ,et a l.I m pr oved t her m als t abi l i t y and oxi dat i on r es i s t a nce of el ec 鄄t r odepos i t ed N i C r P am or phous al l oy coat i ngs[J ].B ul l et i n ofM at er i al s ence,2020,43(01):1-6.也3页T a ylor R ,J ur an,M anuel .H ybr i d dens i t y f unc 鄄t i onal t heor y m odel i ng of C a,Z n,a nd A l i on bat t er i es us i ng t he C hevr el phas e M o 6S 8cat h 鄄ode.[J ].Phys i cal chem i s t r y chem i cal phys i cs :PC C P,2017,19(31):20684-20690.也4页G has em i pour P,Fa t t ahi M ,R as ekh B ,et al .D e 鄄vel opi ng t he t er nar y Z nO doped M oS 2nanos鄄t r uct ur es gr af t ed on C N T and r educed gr aphene oxi de (R G O )f or phot ocat al yt i c degr adat i on of ani l i ne[J ].ent i f i c R epor t s ,2020,10(01):4414.也5页Lu K ,G ao S,D i ck R J ,et al .A f a s t a nd s t abl e Li m et al anode i ncor por at i ng an M o 6S 8ar t i f i ci al i nt er phas e w i t h s uper Li -i on conduc 鄄t i vi t y [J ].J our na l of M at er i al s C hem i s t r y A ,2019,7(11):6038-6044.也6页Li H ,I chit s ubo T ,Y agi S,et al .C ons t r uct i ng m et al -anode r echa r geabl e bat t er i es ut i l i zi ng concom i t ant i nt er ca l a t i on of Li –M g dua l cat i ons i nt o M o 6S 8[J ].J our na l of M at er i al s C hem i s t r y A ,2017,5(07):3534-3540.也7页Sun Y ,X u W ,H ou W ,et al .A f aci l e r educ 鄄t i on t r eat m ent t o der i ve M o 6S 8f r om exf ol i at edM oS 2f or ef f i ci ent m i cr ow ave abs or pt i on appl i 鄄cat i ons [J ].M at er i al s R es ear ch Expr es s ,2019,6(08):085049.也8页Per r ym an J T ,Jes s i ca C.O r t i z-R odr 侏guez,J ude J W ,et a l .M et al -pr om ot ed M o 6S 8cl us t er s :a pl at 鄄f or m f or pr obi ng ens em bl e ef f ect s on t he el ect r o 鄄chem i calconver s i on of C o 2and C O t o m et hanol [J ].M at er i al s H or i zons ,2020,7:3546-3554.也9页G us hchi n A ,Shm el ev N ,M a l ys heva S,et a l .H em i l abi l i t y of phos phi ne-t hi oet her l i gands co 鄄or di nat ed t o t r i nucl ear M o 3S 4cl us t er and i t s ef f ect on hydr ogenat i on cat al ys i s [J ].N ew J our 鄄nal of C hem i s t r y,2018,42(21):17708-17717.也10页C adot E,Sokol ov M N ,Fedi n V P,et al .Abui l di ng bl ock s t r at egy t o acces s s ul f ur-f unc 鄄t i onal i zed pol yoxom et a l at e bas ed s ys t em s us i ng M o 2S 2O 2and M o 3S 4as cons t i t ut i onal uni t s ,l i nker s or t em pl a t es [J ].C hem i cal Soci et y R e 鄄vi ew s ,2012,41(22):7335-7353.也11页H er nandez-M ol i na,R i t a,G al l yam ov,et a l .Syn 鄄t hes i s ,s t r uct ur e and N M R s t udi es of t r i nucl ear M o 3S 4cl us t er s coor di nat ed w i t h di t hi ophos phat e and chi r alca r boxyl at e l i gands [J ].N ew J our nalof C hem i s t r y,2016袁40(09):7612-7619.也12页查林.富勒烯C 42的密度泛函理论研究[J ].赤峰学院学报(自然科学版),2011,27(08):27-29.也13页W ang D Y ,G ong M ,C hou H L,et al .H i ghl y ac 鄄t i ve and s t abl e hybr i d cat al ys t of coba l t-doped FeS2nanos heet s–ca r bon nanot ubes f or hydr o 鄄gen evol ut i on r eact i on[J ].J our nalof t he A m er i 鄄ca n C hem i calSoci et y,2015,137(04):1587-1592.也14页B ecke A D .D ens i t y f unct i onalt her m ochem i s t r y.I I I .T her ol e ofexactexchange [J ].T he J our na lof C hem i calPhys i cs ,1993,98(07):5648-5652.也15页H aypj ,W adt W R .A b i ni t i o ef f ect i ve cor epot ent i al s f or m ol ecul ar cal cul at i ons .Pot ent i a l s f or K t o A u i ncl udi ng t he out er m os t cor e or 鄄bi t al s [J ].T he J our nal of C hem i cal Phys i cs ,1985,82(01):299-310.也16页Fang Z G ,H u H Z ,G uo J X .Q uant umchem i cal s t udy on geom et r y and pr oper t y of cl us t er N i 4P [J ].C hni es e J our nal of St r uct ur al C hem i s t r y,2006,25(01):7-16.. 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AlmN2 (m=1～8)团簇结构与稳定性的DFT研究

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dft密度泛函理论

dft密度泛函理论
DFT密度泛函理论（DFT）是一种用于计算和预测物质结构和性质的重要理论。

它是建立在现代量子化学理论之上，以经典原子泛函理论（AFL）为基础，建立在密度泛函理论（DFT）之上。

DFT密度泛函理论提供了一种更准确，更有效的方法来计算和预测物质的结构和性质。

DFT密度泛函理论的核心思想是将原子泛函理论的“方法”通过计算原子的坐标和自旋属性，将其转化为由电子的密度来确定的泛函理论。

这种理论在计算中使用了少量的变量，从而显著降低了计算量和计算时间，并且可以给出更准确的结果。

DFT密度泛函理论也可以用来计算物质的力学和热力性质，以及电子结构，从而有助于研究物质的性质。

DFT密度泛函理论的应用非常广泛，可以用来解决各种材料的结构和性质的问题，特别是金属、半导体、纳米材料和生物材料。

它对材料的发展和设计有重要的指导作用。

DFT密度泛函理论也可以用来预测材料的电子结构和性质，从而帮助研究人员更好地理解材料的性质。

DFT密度泛函理论是一种强大的理论，它可以为科学家们提供更多的信息，从而更好地研究物质的结构和性质。

它的应用范围非常广泛，可以用来解决各种材料的结构和性质的问题，也可以用来预测
材料的电子结构和性质。

(XN)4R4簇合物的结构与化学键

关键词：（Ｎ）立方簇密度泛函理论方法，结构，化学键ｘ中图分类号：Ｏ４６１
自１６９４年Ｅｔ发现ＣＨ立方烷团簇以来，ａｎｏｎ８因其结构的特殊性而表现出一些特殊的性质，高是能炸药、火箭推进剂、药物和聚合物科学领域的一类性能优异的新型功能材料，因而受到物理学家、化学家和材料学家的高度关注Ｍａｕｔ合成了ｔｍｏｏｓｓＨ，ｕｉ－导了至今为止含能量高的簇合物ｉ８Ｌｋｎ报Ｃ（ｚ，ｅＰｅｏＢＮＯ）Ｄｌｉ合成了以ＡｈｒＮ为骨架的类立方烷系列簇合物（ＡＮＶｉ对（Ｎｘ＝Ｒ１Ｒ），ｅｔｈＸＲ）（Ｓ。ｅＳ，ｂ进行了研究合成了ＳＴ２，ｉＧ，ｎＰ）ｉｉ１￣ＮＬ
定性
１计算方法
首先选用不考虑电子相关的ＨＦ方法及３２Ｇ．１
６３Ｇ’ 组，（．１基对ｘＮ）Ｒ（４ｘ＝Ｃ，ｉＧｅＲ＝Ｈ，Ｓ，：ＣＨ８，
Ｎ－，Ｈ）合成的先驱化合物（Ｎ）ｚ行优化Ｉ２Ｏ及Ｉｘ进Ｒ计算，用考虑了电子相关作用的密度泛函理论再（Ｆ进行结构优化、ＤＴ）红外光谱和热力学性质计算．
维普资讯
物理化学学报（ｔＨａｕｕｂｏＷｕｉｕｘｅＸｅａ）
Ｆｅｒａｙｂｕｒ

VOx(x=1～5)团簇结构与稳定性的DFT研究

ｗｈｉｈｅｈｂｔｏｖｉｕｏ — ｌｅｒＲｅｎｅ－ｌｒｅｆｃ，ｔｔｉ，ｔｅｈｉｈｒｔｅｓａｌｔｓｈｏｒｔｅｃｘｉｉｂｏｓＪｈｎＴｅｌｒｏｎｒＴｅｌｆｅｔｈａｓｈｇｅｈｔｂｉｙｉ，ｔｅｌｗｅｈｅｉｓｍｍｅｒｓｙｔｙｉ．ＴｈｉｒｔｖｒｉａｏｉａｉｎｒｅｓｉｃｅｓｔｈｕｅｆｏｙｇｎａｏｓｉｅｒｆｓｅｃｌｉｎｚｔｉｔｏｎｅｅｇｉｎｒａｅｗｉｈｔｅｎｍｂｒｏｘｅｔｍｎＶＯｘ＝
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毕业设计(论文)-基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算

摘要本文主要利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，理论上预言了高压下LaN的压致结构相变和电子结构的压力效应。

计算结果显示LaN在高压下从NaCl结构(B1，空间群Fm3m)转变成CsCl结构(B2，空间群Pm3m)，并得到了结构转变压力，以及相应能带结构和带隙宽度的影响。

关键词：第一性原理；高压；结构相变；NaCl结构；CsCl结构AbstractThis paper mainly based on the density functional theory ( DFT ) first principles calculation, theoretically predicted LaN under high pressure pressure induced structure transformation and the electronic structure of the pressure effect. The calculation results show the LaN under high pressure from the NaCl structure ( B1, space group Fm3m ) into the CsCl structure ( B2, space group Pm3m ), and obtains the structure change of pressure, and the corresponding energy band structure and band gap width effect.Keywords:First principles; high pressure; structural transformation; NaCl structure; CsCl structure目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (4)1.1晶体结构的研究进展和应用前景 (4)1.2高压研究的意义 (5)1.3本文的主要内容 (6)2正文 (7)2.1高压下晶体结构的研究现状 (7)2.2理论方法 (8)2.2.1密度泛函理论基本概念 (9)2.2.2交换关联项的处理 (11)2.2.3密度泛函理论的数值计算方法 (12)2.2.4状态密度在Brillouin zone的表示 (14)2.3高压下LaN结构相变的第一性原理计算 (14)2.3.1研究了LaN的结构 (14)2.3.2计算了两种结构的晶胞总能与体积的关系曲线 (16)2.3.3计算了LaN的相变压力 (16)2.3.4计算了LaN的能带结构和态密度 (17)结论........................................................................................................... 错误!未定义书签。

DFT介绍

+ Local density
+ Density gradient
+ Inexplicit occupied orbital information
+ Explicit occupied orbital information
+Unoccupied orbital information
jacob's ladder
underestimates Ec but overestimates Ex, resulting in unexpectedly good values of Exc.
So we have:
Fermi and Amaldi1934(the first version of SIC)
固体能隙问题
准粒子方程
零级近似，plasmon-pole模型，自洽
TDKS方程
外场微扰
一阶密度响应响应函数
线性响应方程
交换相关核，绝热局域密度近似
轨道序：
et al.：惩罚泛函
单格点动力学Anderson杂质模型
量子电动力学的单粒子方程：Dirac Dirac-Coulomb（DC）哈密顿量
Dirac-Coulomb-Breit（DCB）哈密顿量
两分量准相对论方法
ECP）方法
冻声方法，分子动力学谱分析方法
赝势（PP）方法
USPP or PAW? (VASP, ABINIT, ...)
提高FD方法的计算效率
多分辨分析
semicardinal）基组
轨道最小化
优基组密度矩阵最小化。

DFT计算及掺杂机理分析

DFT计算及掺杂机理分析DFT（密度泛函理论）是一种基于量子力学的计算方法，它利用电子密度的泛函表达式来描述系统的能量，并通过求解Kohn-Sham方程来得到基态的电子结构。

DFT方法已被广泛应用于化学、物理等领域，用于研究原子、分子和晶体的性质。

在DFT计算中，涉及到以下几个基本的步骤：选择合适的泛函和基组、构建模型结构、进行自洽场计算、优化结构、计算材料性质、分析结果。

首先，选择合适的泛函和基组是DFT计算的重要一步。

泛函是描述电子相互作用的数学表达式，不同的泛函具有不同的适用性。

常用的泛函包括局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA）等。

基组是描述波函数的一组正交函数集合，常见的基组包括Slater型基组（STO）和Gaussian型基组（GTO）等。

其次，构建模型结构是DFT计算的关键一步。

从实验的结构参数、晶体构型文件或自动生成结构程序中获取初始结构，然后进行几何优化来得到稳定的模型结构。

接着，进行自洽场计算。

在自洽场计算中，通过求解Kohn-Sham方程得到电子能级和电荷密度的分布。

计算过程中要考虑较高的计算精度，通常设置较小的收敛精度和合适的电子布居数。

然后，进行结构优化。

结构优化是通过DFT计算来确定系统的稳定结构，优化的目标是使体系的总能量达到最小值。

可以采用分子动力学模拟、共振模式分析等方法来进行结构优化。

接下来，计算材料性质。

DFT计算可以得到材料的电子能带、密度态和自由能等性质。

这些性质可以用来进一步解释实验结果、预测材料的物理性质。

最后，对DFT计算结果进行分析。

对DFT计算结果进行分析有助于理解材料的性质和化学反应机理。

可以通过分析杂质掺杂后体系的导电性、磁学性等性质变化来研究掺杂机理。

可以使用电子态密度、电子局域化函数、密度差异图等工具对电荷转移、电子态分布等进行分析。

总而言之，DFT计算及其掺杂机理分析是一种重要的计算方法，可以帮助我们深入了解材料的结构和性质，为材料设计和应用提供理论指导。

镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟

镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟近来，紧束缚方法（DFT）已被广泛用于模拟镍原子团簇几何结构。

基于密度泛函理论（DFT）和实验研究的严格紧束缚方法，可以准确的预言和解释复杂分子和原子团簇的结构与性质之间的关系。

此方法可靠性由于可以得到准确的结果采用非常有限的计算要求，成为描述各种不同环境下结构与性质之间的相互作用的有效方法。

DFT方法在霍尔对对镍原子团簇几何结构有着显著的应用价值。

此技术包括施加紧束缚在较低的能量状态，然后使用紧束缚函数和置换势，计算原子团簇几何结构的稳定性。

DFT技术的组合可以继续添加属性到原子团簇几何结构研究，如轨道位能，拉普拉斯矩阵，能带结构以及电荷密度等。

DFT可以很好地解释镍原子团簇几何结构中发生的物理改变，从而实现这一结构的精确描述。

此外，DFT在研究镍原子团簇几何结构上也有一些用途。

使用紧束缚函数来进行快速的计算，可以预测大型团簇几何结构的详细性能。

通过使用紧束缚函数，可以明确各个镍原子之间的依赖关系，从而了解镍原子团簇之间的相互作用和过程。

最后，DFT还可以用来分析镍原子团簇几何结构中的能量和稳定性以及电荷密度，从而让研究者有办法发现结构特征，并更好地理解构型。

综上所述，紧束缚方法（DFT）在镍原子团簇几何结构研究中有着重要意义。

借助于DFT技术可以随着结构复杂化而不失精确性，并有利于研究玻色原子团簇几何结构，从而发现新的结构特性和未知的过程。

DFT方法可以在计算时降低能量，节省时间，准确性极强，因此将极大有助于研究设计和制备新型高性能镍原子团簇几何结构的奠定基础。

Ⅳ族元素团簇结构及稳定性的理论研究的开题报告

Ⅳ族元素团簇结构及稳定性的理论研究的开题报告一、研究的背景和意义地球上的元素由化学元素周期表所描述的118种元素构成，其中Ⅳ族元素包括碳、硅、锗、锡和铅等五种元素。

这些元素具有重要的地球化学、材料科学、生命科学和环境科学等方面的研究价值。

因此，对Ⅳ族元素的物理化学性质、结构以及其在各种体系中的作用机理进行深入研究和探究，具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。

目前，科学家们已经将Ⅳ族元素的超晶格结构、纳米晶等微观结构进行了广泛的研究，这些研究为理解Ⅳ族元素的物理化学特性以及其在材料科学、生命科学、环境科学等领域的应用奠定了基础。

然而，对于Ⅳ族元素的团簇结构以及其稳定性的研究相对较少，而这些微小的团簇结构在实际应用中很可能发挥着重要的角色，因此对其进行深入研究与探究，对于理解Ⅳ族元素的整体性质和在各种体系中的作用机理，具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、研究的目的和内容本研究的主要目的是：利用量子化学计算方法对Ⅳ族元素的团簇结构及其稳定性进行透彻的理论研究，并且通过大量计算得到具有实际意义的结论，期望能为其在材料科学、生命科学、环境科学等方面的应用提供更深入的理论基础和研究方向。

本研究将首先从理论上探讨Ⅳ族元素的团簇结构的组成规律以及其形成机制，然后对于不同形式的团簇结构进行计算研究，探究其稳定性、能量结构、几何结构和电子结构等方面的性质，并且结合实验数据进行验证和分析，从而得到具有实际意义的研究成果。

三、研究的方法和步骤本研究将采用量子化学计算方法，特别是密度泛函理论（DFT）方法，对Ⅳ族元素的团簇结构进行计算研究。

具体方法步骤如下：1. 确定研究对象——Ⅳ族元素的团簇结构；2. 选择合适的计算方法和软件，建立符合实际物理条件的计算模型；3. 进行模型优化计算，捕捉可能的全局最小能量构型；4. 对计算结果进行几何构型的优化和频率分析，确定结构是否为局部或全局能量最低点；5. 在确定了结构和能量之后，进一步进行电子结构分析，研究其电子亲和性、电子结构、反应活性等方面的性质；6. 结合实验数据对计算结果进行验证和分析。

DFT方法研究木质素单体及二聚体的结构与拉曼光谱

DFT方法研究木质素单体及二聚体的结构与拉曼光谱王方原;韩森;叶松;银珊;李树;王新强【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】木质素是自然界中第二丰富的天然聚合物,广泛存在于各种陆地植物的木质部中,利用木质素拉曼光谱对植物种类进行快速无损鉴别具有重要的应用价值。

但由于木质素大分子构型非常复杂,对其拉曼特征光谱的仿真研究一直存在困难。

利用Gaussian16W中包含的B3LYP密度泛函方法结合6-311G(d, p)基组,构建出三种木质素单体及其三种同种木质素单体构成的二聚体以及三种异种木质素单体构成的二聚体,提出了一种利用木质素的三种基本结构单体及其二聚体仿真分析木质素大分子拉曼光谱特征的方法。

首先计算了三种单体的基本构型、轨道能级和电子空间分布,并分析了三种木质素单体拉曼光谱和振动模式的特点。

随后利用不同组合方式的β-O-4二聚体的光谱谱峰特征,解释了特征谱峰信号位置漂移的成因,提出了判断木质素大分子信号特征的主要依据。

研究结果表明,1 712 cm^(-1)谱峰信号最强且位置稳定,振动归属为碳碳双键伸缩振动,该振动归属引起的特征峰可以作为木质素大分子最主要的信号特征;1 642 cm^(-1)谱峰信号振动归属为芳香环骨架振动,仅受芳香环甲基数量影响产生劈裂,该振动归属引起的特征峰不仅可以作为识别木质素大分子最主要的信号特征也可以作为木质素内三种单体含量的判据;1 352 cm^(-1)谱峰信号振动归属为HCCH原子链摇摆振动,附近的特征峰受单体种类和聚合方式共同影响,在木质素大分子拉曼光谱中会形成信号包络,可以作为鉴别木质素的一个辅助判据。

该研究对于复杂分子的光谱特征及其物理机制的仿真具有一定的借鉴价值,同时也能为植物检材的拉曼光谱分析方法提供理论指导。

【总页数】6页(P76-81)【作者】王方原;韩森;叶松;银珊;李树;王新强【作者单位】桂林电子科技大学光电工程学院;广西光电信息处理重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O433.4【相关文献】1.非法食品添加剂乌洛托品的拉曼光谱及DFT分析方法2.基于DFT的间羟基苯甲酸分子表面增强拉曼光谱研究3.三种不饱和脂肪酸的拉曼光谱及DFT计算快速鉴别方法的研究4.氚水对λ-dsDNA结构影响的拉曼光谱分析和DFT模拟5.纤维素拉曼光谱的单体仿真方法研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

八电子Pd4四面体团簇的电子结构稳定性分析

八电子Pd4四面体团簇的电子结构稳定性分析沈艳芳;程龙玖【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2018(034)007【摘要】基于理论计算,我们报道了Td对称性的[Pd4(μ3-SbH3)4(SbH3)4]团簇及一系列类似物的结构与成键.成键分析表明:每个Pd原子都是sp3杂化,其10个价电子与四个配体提供的8个价电子,满足18电子规则.并且,每个Pd原子与四个桥连的SbH3配体可以形成四个离域的四中心两电子超级σ键或八中心两电子键.一方面,根据超原子网络模型,这个钯团簇可以描述成四个2电子的超原子网络.另一方面,凝胶模型表明,它可以合理化的作为电子组态是1S21P6的8电子超原子.与此同时,d10···d10闭壳层相互作用在稳定Pd4四面体结构中起到了关键性的作用.密度泛函理论计算表明:Td对称性[Pd4(μ3-SbH3)4(SbH3)4]团簇表现出高度稳定性,具有充满的电子壳层,大的HOMO-LUMO带隙(2.84 eV)以及负的核独立化学位移(NICS)值.此外,基于[Pd4(μ3-SbH3)4(SbH3)4]结构与成键模式,我们设计了一系列稳定的类似物,其有可能被实验合成出来.【总页数】7页(P830-836)【作者】沈艳芳;程龙玖【作者单位】安徽大学化学化工学院,合肥 230601;安徽大学化学化工学院,合肥230601;安徽省有机/无机杂化功能材料重点化学实验室,合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】O641【相关文献】1.B12CxN12-x(x=2,4)团簇的几何和电子结构 [J], 李斐;周永杰;魏学刚;马俊;陈宏善2.稳态Cu-Zr二十面体团簇电子结构的密度泛函研究 [J], 蒋元祺;彭平3.Ta4C−/0n(n=0-4)团簇的电子结构、成键性质及稳定性 [J], 张超江;许洪光;徐西玲;郑卫军4.Al<sub>7</sub>C团簇的电子结构分析 [J], 杨慧慧;陈雨欣5.鼓型CoB16-团簇电子结构的探索:罕见的Co（-1）氧化态（英文） [J], 李婉璐;陈藤藤;江治宇;陈维嘉;胡憾石;王来生;李隽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

四钼酸铵结构及稳定性的量子化学计算

四钼酸铵结构及稳定性的量子化学计算吴争平;尹周澜;陈启元;张平民;李洁【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2001(032)006【摘要】用量子化学计算方法RHF/3-21G和STO-3G计算了3种可能结构的无水四钼酸铵结晶(NH4)4Mo8 O26的总能量和该分子中各原子的净电荷,用分子结构最优化方法中的最速下降法,以均方根梯度0.42 kJ.mol-1为优化终止条件对该3种不同结构四钼酸铵进行了几何优化.计算模型用Cs ChemOffice和HyperChem Pro 6.0程序绘制并进行几何优化,量子化学计算用Gaussian 98程序完成.计算结果表明:四钼酸铵的3种可能结构中,基本单元MoO6八面体均有不同程度的扭曲,其中具有8个MoO6八面体公用棱结构的四钼酸铵中,MoO6八面体扭曲程度最小,总能量最低,最稳定.【总页数】4页(P591-594)【作者】吴争平;尹周澜;陈启元;张平民;李洁【作者单位】中南大学化学化工学院,;中南大学化学化工学院,;中南大学化学化工学院,;中南大学化学化工学院,;中南大学化学化工学院,【正文语种】中文【中图分类】O641【相关文献】1.双层三明治四聚吡咯铀配合物的结构设计和稳定性理论计算 [J], 田琳飞;张春华;曲宁;毕艳婷;张红星;潘清江2.三环己基锡吡啶酸甲酯的合成、结构、热稳定性及其量子化学计算研究 [J], 邝代治;蒋伍玖;冯泳兰;张复兴;王剑秋;庾江喜3.双氧桥联四核二丁基锡(2,4,6-三甲基)苯甲酸酯配合物的合成、结构、量子化学及热稳定性研究 [J], 蒋伍玖;邝代治;庾江喜;冯泳兰;张复兴;王剑秋4.（Cl2F）＋结构和稳定性的量子化学从头计算和密度泛函理论研究 [J], 王伟周;张愚5.[Co(aipamp或apamp)(amp)Cl][ZnCl4]两体系中四个几何异构体的合成、结构解析以及量子化学计算 [J], 温祖标;郭辉瑞;薛赛凤;祝黔江;陶朱;林榕光;罗绪强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

金属间化合物Al_(3)Ti多晶型性质的DFT理论研究

金属间化合物Al_(3)Ti多晶型性质的DFT理论研究冯景龙;王杰创;郑文龙;王思雨;刘奕杨;马之昊;李健【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2024(52)1【摘要】采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究方法,考察了在DO_(22)、DO_(23)、DO_(19)和L1_(2)四种晶体结构下,Al_(3)Ti金属间化合物的热力学稳定性和力学性能。

计算结果表明,四种结构的Al_(3)Ti生成焓均为负值,表明四者在热力学上均可以稳定存在。

其中,DO_(23)-Al_(3)Ti的生成焓最负,热力学稳定性最高,其后依次是DO_(22)、L1_(2)、DO_(19)三种结构。

力学性能计算表明,DO_(23)结构具有最高的杨氏模量E和体模量B。

根据体模量B和剪切模量G的比值B/G,可知四种结构的Al_(3)Ti均呈脆性。

各向异性指数A^(U)的排序为DO_(22)>DO_(23)>L1_(2)>DO_(19)。

【总页数】3页(P57-59)【作者】冯景龙;王杰创;郑文龙;王思雨;刘奕杨;马之昊;李健【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.Al_(67)Mn_8Ti_(24)Nb_1金属间化合物亚稳态粉末热压成形后的组织结构及性能2.Al_(60)Mn_(130Ti_(25)V_2金属间化合物的高温氧化行为研究3.Al_(66)Mn_9Ti_(25)+La金属间化合物的变形行为与机制4.纤维增强Ti/Al_(3)Ti金属-金属间化合物层状复合材料研究进展5.热等静压烧结制备Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料的微观结构和性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

团簇结构预测和逆向设计的高效方法与程序

团簇结构预测和逆向设计的高效方法与程序高效的团簇结构预测和逆向设计方法是化学领域的重要研究方向之一。

团簇结构预测是指通过计算模拟等方法，预测和确定团簇的几何结构和稳定性。

逆向设计则是根据所需的性质或功能，通过合理的方法设计出具有特定结构和组成的团簇。

团簇结构预测的方法有很多，其中最常用的是基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算。

DFT是一种基于量子力学的计算方法，可以准确地描述原子和分子的行为。

通过DFT计算，可以得到团簇的能量、几何结构和电子结构等信息。

此外，还有一些经验方法和半经验方法，如力场方法和分子动力学模拟等，可以用于团簇结构预测。

逆向设计团簇的方法也有很多，主要包括结构优化、拓扑分析和智能算法等。

结构优化是指通过改变团簇的构型和组成元素，使其具有所需的性质或功能。

拓扑分析是一种通过分析团簇的构型和连接方式，找到具有特定性质的团簇的方法。

智能算法是一种通过模拟自然界中的进化过程或群体行为，搜索和优化团簇结构的方法。

在团簇结构预测和逆向设计的过程中，计算程序的设计和开发是至关重要的。

一个高效的程序应该具有以下特点：1.快速而准确的计算算法：程序应该采用高效的算法和计算方法，以提高计算速度和准确性。

2.可扩展性和灵活性：程序应该具备良好的扩展性，能够适应不同规模和复杂度的计算任务。

同时，程序应该具备灵活性，能够根据用户的需求进行定制化的计算。

3.友好的用户界面：程序应该具备简洁明了的用户界面，方便用户进行参数设置和结果查看。

4.高效的数据管理和处理：程序应该具备高效的数据管理和处理能力，能够快速地读取和处理大量的数据。

5.可视化和结果分析功能：程序应该具备可视化和结果分析功能，能够直观地展示计算结果，并提供结果的分析和解释。

通过以上的设计和开发，可以实现高效的团簇结构预测和逆向设计方法和程序。

这将有助于加快新材料的发现和设计过程，推动化学领域的研究和应用。

团簇v3b2的结构与成键的dft研究

就团簇v3b2的结构与成键的DFT（密度泛函理论）研究来说，近期的研究发现，这个“室外”团簇具有有趣的特性，在这篇文章中，我们将
讨论DFT的研究方法，然后着重介绍v3b2团簇的结构特征和成键特性，以及讨论v3b2团簇的反应性。

DFT（密度泛函理论）是一种常用的分子力学研究方法，它结合经典
求解分子场方程的方法，利用近似表征把能量运动加以解算。

由于
DFT能够在不破坏基态稳定性的情况下，为描述系统的电子结构的形
式化方程，将分子动力学和投影称重函数做结合，因此得到了各种很
普遍的应用。

V3b2是一种有趣的”室外”簇，它由三个聚合物单体单元构成，每个单
体单元以三元不可动中心相互连接，形成一个三角形多孔结构。

在
DFT的研究中发现，V3b2团簇有一种共轭构象，每个简单簇都在构象
上赋予不同的电子配置：在其中链接空间有共轭和螺旋配置，不可动
中心也有相对的拆开和折叠构象。

另外，V3b2的成键也得到了DFT研究的深入讨论。

研究人员发现，在最低能量构型，团簇与外部空间之间存在一种孤偶极力场，改变团簇
内部结构时会产生不可动中心位移，使团簇能量有一定的变化，说明
它具有稳定的成键特性。

此外，DFT研究发现，V3b2团簇的反应性也十分强，可以通过中心空
间的不同构型使其能量得到最大的下降，从而达到更高的可靠性。

综上所述，DFT的研究发现V3b2”室外”团簇的构型具有很强的可控性，不可动中心的配置有共轭、螺旋以及拆开和折叠；它也有很强的成键
性质，可以实现能量降低；另外，V3b2团簇也非常具有反应性，可以进行极限位移，从而获取更高的可靠性。

DFT密度泛函理论简介

DFT密度泛函理论简介密度泛函理论,Density functional theory (DFT) 是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法。

密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理和计算化学领域最常用的方法之一。

理论概述电子结构理论的经典方法，特别是Hartree-Fock 方法和后Hartree-Fock 方法，是基于复杂的多电子波函数的。

密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函数做为研究的基本量。

因为多电子波函数有（为电子数，每个电子包含三个空间变量）,而电子密度仅是三个变量的函数，无论在概念上还是实际上都更方便处理。

虽然密度泛函理论的概念起源于Thomas-Fermi 模型，但直到Hohenberg-Kohn 定理提出之后才有了坚实的理论依据。

Hohenberg-Kohn 第一定理指出体系的基态能量仅仅是电子密度的泛函。

Hohenberg-Kohn 第二定理证明了以基态密度为变量，将体系能量最小化之后就得到了基态能量。

最初的HK理论只适用于没有磁场存在的基态，虽然现在已经被推广了。

最初的Hohenberg-Kohn 定理仅仅指出了一一一对应关系的存在，但是没有提供任何这种精确的对应关系。

正是在这些精确的对应关系中存在着近似（这个理论可以被推广到时间相关领域，从而用来计算激发态的性质⑹）。

密度泛函理论最普遍的应用是通过Kohn-Sham 方法实现的。

在Kohn-Sham DFT的框架中，最难处理的多体问题（由于处在一个外部静电势中的电子相互作用而产生的）被简化成了一个没有相互作用的电子在有效势场中运动的问题。

这个有效势场包括了外部势场以及电子间库仑相互作用的影响，例如，交换和相关作用。

处理交换相关作用是KS DFT中的难点。

目前并没有精确求解交换相关能的方法。

最简单的近似求解方法为局域密度近似（LDA）。

LDA 近似使用均匀电子气来计算体系的交换能（均匀电子气的交换能是可以精确求解的），而相关能部分则采用对自由电子气进行拟合的方法来处理。

《B_kN_k(k=16,24)团簇组装材料的稳定性及物性的理论研究》范文

《B_kN_k（k=16，24）团簇组装材料的稳定性及物性的理论研究》篇一一、引言随着纳米科技的发展，团簇组装材料因其独特的结构和性质，在材料科学、物理、化学等领域中受到了广泛的关注。

B_kN_k （k=16，24）团簇组装材料作为其中的一种重要类型，其稳定性及物性的理论研究对于理解其结构与性能的关系、指导实验制备与应用具有重要意义。

本文将通过理论计算和模拟的方法，深入探讨B_kN_k团簇组装材料的稳定性及物性。

二、B_kN_k团簇组装材料的结构特点B_kN_k团簇组装材料是一种由B-N原子组成的特殊团簇材料。

这种材料的特点在于其内部是由多种大小的团簇组成的网络结构，其中每个团簇内部通过化学键连接在一起，而团簇之间则通过非共价键或其他相互作用连接。

其独特的结构特点使得B_kN_k团簇组装材料具有一系列独特的物理和化学性质。

三、稳定性的理论研究为了研究B_kN_k团簇组装材料的稳定性，我们首先采用分子动力学模拟和第一性原理计算的方法。

通过对材料进行模拟加热和加压的过程，我们观察到了材料的相变过程以及不同条件下的稳定性变化。

在分子动力学模拟中，我们发现，当温度低于某个阈值时，B_kN_k团簇组装材料保持稳定，无明显的结构变化；而当温度超过阈值时，材料开始发生相变，部分团簇开始解离。

此外，我们还发现压力对材料的稳定性也有显著影响。

在高压下，材料中的非共价键可能被压缩或破坏，导致材料稳定性降低。

第一性原理计算则提供了更深入的原子尺度的理解。

我们通过计算不同结构下的总能量和电子结构，发现具有特定结构的B_kN_k团簇组装材料具有更高的稳定性。

此外，我们还发现某些特定的化学键类型和强度对材料的稳定性有重要影响。

四、物性的理论研究除了稳定性外，我们还研究了B_kN_k团簇组装材料的物性。

首先，我们计算了其光学性质、电子结构和输运性质等。

结果表明，由于独特的团簇结构和化学键的分布，B_kN_k团簇组装材料具有独特的光学响应和电子输运特性。

pt团簇活化氧气 dft

在计算化学中，DFT（密度泛函理论）是一种常用的方法，用于研究分子的电子结构和性质。

当使用DFT来研究化学反应时，通常需要活化反应中间体。

在这种情况下，DFT 可以用来预测反应的能量和过渡态的结构。

对于Pt团簇活化氧气的反应，可以使用DFT方法来模拟该反应。

首先，需要构建一个合理的模型来描述反应的中间体和过渡态。

这通常涉及到选择合适的基组和交换关联泛函。

然后，通过优化几何结构和总能量，可以确定过渡态的结构和能量。

通过比较不同反应路径的能量，可以确定反应的活化能和其他相关性质。

此外，还可以使用DFT方法来研究反应的动力学性质，例如反应速率常数和反应机理。

这些信息对于理解反应的本质和设计更有效的催化剂非常重要。

需要注意的是，DFT方法在处理复杂化学反应时仍然存在一些局限性。

例如，对于包含强电子相关性的体系，DFT方法可能无法给出准确的结果。

因此，在使用DFT方法时，需要仔细考虑其适用性和局限性。