1、團簇是一門新興學科,其獨特的物理與化學性質吸引越來越多的人參與其中的研究,對它的研究對于我們理解物質性質從微觀到宏觀的變化具有重要的意義。團簇有著大的表面體積比,它們的性質與其對應的體材料相差很大。研究團簇的一個目的就是組裝符合人們期望性質的納米結構材料,所以關鍵就是找到那些在化學性質穩(wěn)定同時相互作用弱的模塊。通常情況下具有幻數(shù)結構的團簇可以作為這種模塊。本論文研究了Nin(n=2-21)的結構和性質以及參雜Si@Al12團簇吸附H的行

2、為。
　　CuXⅢ,AgⅧ和AuⅧ團簇非二十面體結構能量比二十面體結構低;同時Co團簇也具有類似的現(xiàn)象;Pdn(n=15-23)的生長模式是基于19個原子的八面體面心立方結構。Co,Ni和Pd在元素周期表中的特殊位置關系啟發(fā)我們:Ni是否也具有類似的生長關系呢?我們運用廣義梯度近似的密度泛函理論計算了Nin(n=2-21)團簇的結構與磁性性質。我們發(fā)現(xiàn)了鎳團簇的一種結構生長模式:Ni5-Ni9團簇是基于五角雙錐的生長模式;Ni10

3、-Ni14團簇更加傾向于(三)層狀生長模式,Ni15是基于五角雙錐而非二十面體的結構;當團簇的尺寸大于16個原子時,二十面體結構占據(jù)優(yōu)勢(除了Ni19團簇是基于層狀結構的)。
　　我們研究得到的結果顯示團簇尺寸在9-15個原子時與以往所報道的結構不同。在以前的文獻中,這個尺寸范圍內的鎳團簇都是基于二十面體的結構。而我們的研究發(fā)現(xiàn)它們并不是能量最低結構。對于Ni9團簇,其基態(tài)是三戴帽三棱柱結構。Ni10團簇,具有Td對稱性三角金字塔

4、結構是其基態(tài)結構,同時它還是一個正四面體結構。Ni11團簇的基態(tài)是3-5-3堆垛的三層結構。Ni12團簇基態(tài)則為3-6-3堆垛的三層層狀結構,也可以看做是在Ni11基態(tài)加上一個原子演化而來的。Ni13團簇的基態(tài)結構是在Ni10和Ni12團簇基態(tài)結構演化而來的,是一個三層狀結構,這在以往的研究中是沒有發(fā)現(xiàn)的。以往的研究中Ni13團簇都幾乎都是二十面體結構或者是稍有變形的二十面體結構。Ni14團簇優(yōu)化后的結果顯示,Ni14的基態(tài)結構是具有D

5、3h對稱性的六面體結構,同時也是由Ni13團簇基態(tài)演化而來的。Ni15團簇所有異構體中,一個五角雙錐為基礎的結構在能量上更加穩(wěn)定。另外在研究Nin(n>15)的異構體時我們不難發(fā)現(xiàn):(三)層狀結構與基態(tài)結構在小尺寸鎳團簇生長能量相差甚微,所以是很有競爭力的結構。研究這些團簇的磁性,結果表明它們的磁矩均大于其體材料的0.61?B。
　　運用了密度泛函理論研究了Si@Al12Hn(n=1-14)團簇結構與穩(wěn)定性。Si@Al12Hn的穩(wěn)

6、定性是隨著n不同交替變化的。研究HOMO-LUMO能隙差時發(fā)現(xiàn),當n為偶數(shù)時形成閉殼層結構,所以化學穩(wěn)定性高,反之,當n為奇數(shù)時穩(wěn)定性低。對于氫原子結合能的研究也表明,當n是偶數(shù)時,結合能大,團簇非常穩(wěn)定;團簇的垂直離化勢結果顯示當Si@Al12Hn中氫原子為偶數(shù)時,離化勢較大,這個結果與前面分析結合能和最高分子占據(jù)軌道與最低分子未占據(jù)軌道能隙(HOMO-LUMO)得出的結論一致。高的結合能、大的HOMO-LUMO能級差以及大的離化勢顯