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硼团簇及锂、铝原子掺杂硼团簇的密度泛函理论研究

作　者: 刘立仁
导　师: 祝恒江
学　校: 新疆师范大学
专　业: 课程与教学论
关键词: 密度泛函理论团簇几何结构电子性质
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

应用密度泛函理论研究了硼团簇及锂、铝原子掺杂硼团簇的几何结构和电子性质,主要内容如下:第一章介绍了团簇的基本情况。团簇由于其尺寸介于原子和固体之间因而具有许多独特的性质,并且在实验和理论上受到了广泛的注意。首先,简单介绍了团簇的概念和性质。接着,从实验和理论两个方面,介绍了团簇研究的基本方法。之后对本文主要研究的硼及硼化物团簇作了简要介绍。最后阐明了本文的主要研究内容和意义。第二章简要介绍了密度泛函理论的基本框架和其发展过程。首先,介绍了密度泛函理论的发展过程,从Thomas-Fermi模型,到Hohenberg-Kohn定理,再到Kohn-Sham方程。介绍了各种常用的交换相关泛函。本章最后介绍了基于密度泛函理论的Gaussian软件和Dmol3软件。第三章分维度、分尺度对Bn（n=2-15）团簇的几何结构和电子性质进行了系统研究。主要结论有:Bn直线构型稳定性最低,金属性较强。平面或准平面构型稳定性最高,非金属性强。立体构型的稳定性与金属性介于直线和平面构型之间。B12与B14是幻数团簇。第四章对硼锂掺杂硼团簇Bn-1Li（n=2-13）、（BLi）_m （m=1-6）团簇进行了研究,结果表明:对于Bn-1Li（n=2-13）体系,Li原子总是处于主团簇的外围以配位数最少的方式与主团簇结合,有的甚至是吸附在主团簇上面。随着锂原子所占百分比的降低,掺杂团簇的稳定性迅速提高。高浓度的掺杂（Li, B比为1:1或1:2）可以大幅度提高团簇的化学活性和金属性,但同时会降低其稳定性。B3Li和B5Li是幻数团簇。对于（BLi）_m （m=1-6）体系,团簇构型从m=5开始由二维平面转向三维立体。在（BLi）m团簇中,B-Li键长大于B-B键长。电荷由Li原子转移到B原子。掺杂团簇具有较高化学活性,B4Li4是幻数团簇。第五章对（AlB₂）_m （m=1-6）团簇进行了系统研究。结果表明,（AlB₂）₅具有金属性,B-Al键长大于B-B键长。电荷从Al原子转移到B原子。（AlB₂）_m团簇中B原子的2p轨道在成键中起主要作用,这使得掺杂团簇趋于形成离域π键。掺杂团簇整体上呈现半金属性且具有较强化学活性。第六章对论文作了最后总结,指明本文论文的特色与创新之处并对今后进一步深入研究作了展望。

硼团簇及锂、铝原子掺杂硼团簇的密度泛函理论研究

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