鋁鐵、鋁鋯合金團簇的第一原理計算.pdf

1、團簇由于其獨特的構型使其在電、光、磁和熱力學方面表現(xiàn)出獨特的性質，如較大的比表面積使其在催化和吸附方面具有很大的應用價值。團簇科學是凝聚態(tài)物理、量子化學、材料科學和表面物理的交叉學科，深入研究團簇的構型和性質有助于理解從原子、納米到塊體材料的演變規(guī)律。隨著量子化學理論的發(fā)展和計算機性能的不斷提高，密度泛函理論成為理論研究的重要方法之一。
　　 首先，本文采用B3LYP方法系統(tǒng)地研究Aln-2Fe2(n=3-13)團簇的基態(tài)構型、

2、相對穩(wěn)定性、電荷特性和磁性性能。根據(jù)計算獲得的結合能、解離能和二階能量差分，本文發(fā)現(xiàn)Aln-2Fe2(n=6、8、11和13)團簇穩(wěn)定性隨著團簇增大逐漸提高。當n<11時，Al4Fe2團簇的Al-Fe原子之間的Mayer鍵級最強也就說明Fe原子與Al原子之間有強烈的相互作用。從n=12開始，其中一個Fe原子傾向位于Aln團簇結構的中心位置，而另外一個Fe原子位于Aln團簇的表面。由Aln-2Fe2的電荷密度圖可知每個Fe原子的核心峰位很

3、高很亮說明sp-d雜化現(xiàn)象明顯。自然電荷布居分析(NPOA)表明Fe原子的3d、4s和4p態(tài)與Al原子的3s和3p態(tài)之間有電荷轉移導致sp-d雜化。Aln-2Fe2團簇的總磁矩主要來自Fe原子的貢獻。從n=12開始，F(xiàn)e原子的磁矩降低，是由于其中一個Fe原子位于籠狀結構的中心位置造成的。
　　 其次，使用B3LYP方法系統(tǒng)地研究AlnZrm(n+m=5，6)團簇隨成分從純Al變化到純Zr的基態(tài)構型、電子結構和磁性性質。計算得到鍵

4、長、頻率和結合能與實驗數(shù)據(jù)和其它理論結果符合的很好。根據(jù)平均結合能的結果可知隨著Al原子摻雜Zrm團簇，團簇的平均結合能呈現(xiàn)振蕩變化。能隙隨著團簇成分由純鋁改變?yōu)榧冧唸F簇其趨勢降低，這說明Zr元素能顯著的提高Aln團簇的穩(wěn)定性。根據(jù)自然軌道分析結果可知AlnZrm團簇的電荷轉移主要從Al原子的3s態(tài)轉移到Zr原子的4d態(tài)導致Zr原子形成s-d雜化。同時，有少量的電荷發(fā)生內部轉移從Al原子的3s態(tài)轉移到3p態(tài)形成s-p雜化。AlnZrm團