WnC0,±(n=1-6)团簇的密度泛函理论研究.pdf

江苏科技大学
硕士学位论文
WnC0,±(n=1-6)团簇的密度泛函理论研究
姓名:康张李
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:张秀荣
2011-03-19
摘要
摘要
团簇是纳米材料结构的基本结构单元之一,纳米材料的性质可以通过改变团簇的
尺寸、结构、组成而设计。因此,对团簇基态结构、稳定性和电子特性的理论研究是
新材料微观结构设计中的重要课题之一,对于设计具有特定性能的新材料意义重大。
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本文采用密度泛函理论中的 B3LYP 方法在 LANL2DZ 基组水平上对 WnC (n=1-6) 团
簇进行了研究,其内容及主要结果如下:
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(1) 首先对 WnC (n=1-6)团簇各种可能的构型进行了全面几何结构优化,得到了
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WnC (n=1-6)团簇的基态结构,发现同尺寸中性、阴阳离子团簇的基态结构比较相似,
且大多数基态结构的自旋多重度都较低,这与纯 Wn 团簇具有较低的自旋多重度类似。
当 W 原子数 n>3 时,稳定构型从平面转变成立体结构,同时掺入的 C 原子更趋向于
表面最稳定。通过平均结合能和能量二阶差分分析表明,C 原子的掺入使得 Wn 团簇
的稳定性增强,当 n>1 时,同尺寸团簇中阳离子团簇稳定性最强,中性团簇最弱。
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W3C 团簇稳定性最高,可看作 WnC (n=1~6)团簇的结构基元;
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(2) 在获得 WnC (n=1-6)团簇基态结构的基础上,我们用 DFT 的杂化密度泛函
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B3LYP 方法对 WnC (n=1-6)团簇基态结构的物理化学性质作了深入分析,通过自然键
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轨道(NBO)分析了 WnC (n=1-6)团簇的电子分布以及 W-C 之间的相互作用,并与纯钨
团簇的得失电子能力比了比较;在磁性方面,通过电子自旋密度图和前线分子轨道能
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级图揭示了 W2C 和 W4C 团簇磁性的主要来源;分析 WnC (n=1-6)团簇的红外振动
光谱特征频率的振动模式,并对相关的红移、蓝移现象给出了解释;通过对极化率的
分析,展示了团簇对外电场的响应情况。
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综上所述,本论文首次对 WnC (n=1-6)团簇的结构及物理化学性质进行了系统的
理论研究,可为理解富钨情况下的碳化钨提供理论依据,同时也为寻找新的功能材料
具有一定的理论指导意义。

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关键词密度泛函理论(DFT);WnC (n=1-6)团簇;稳定结构;电子性质;磁性;红外
振动光谱;极化率

I
Abstract
Abstract
It is known to us that cluster is a basic constitutional unit of nanomaterials whose
properties could be designed by controlling the size, geometry structures positions.
Therefore, it is an important step to study the ground state structures,stablility and
electronic properties of cluster for designing micro structures of a new nanomaterial with
prescribed properties. In this article, we have applied density functional theory (B3LYP
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method) to study WnC (n=1~6)clusters at Lanl2dz level,the results are as follow:
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Firstly, The possible equilibrium geometries of WnC (n=1 ~ 6)clusters are
optimized ,and the ground state structures obtained. The calculated results show that: The
ground state structure of neutral、anionic and cationic are similar at the same size,and most
ground state structure have low spins which is s