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在过去的数年里,气相中金属团簇和小分子的相互作用在实验和理论两个方面都引起了人们广泛的关注。与相应的大块材料相比,小的金属团簇通常具有截然不同的催化活性,这主要是因为其相对大的比表面积。然而,实验中通常很难确定金属团簇和小分子结合的方式和作用的能力。因此,理论研究金属团簇和小分子的相互作用对理解它们相互作用的机理,预测可能的催化反应有着积极的意义。
本文中,我们分三部分应用密度泛函方法研究了银原子团簇分别和一氧化碳分子,氧气分子以及一氧化氮分子之间的相互作用。
1银团簇和一氧化碳分子的相互作用
使用密度泛函中的PW91PW91方法研究一氧化碳分子在中性和带有电荷的银团簇(n=l~7)上的吸附情况。发现在各种可能的吸附构型中,一氧化碳的碳端配是能量上最有利的。带有正电荷的银团簇通常比中性和负电荷的银团簇更能吸附一氧化碳。然而,银团簇和一氧化碳分子的相互作用与早前研究过的金团簇和一氧化碳的作用相比要明显的弱了很多。这主要是因为镧系收缩产生的结果:与银相比金带有更多的核电荷,但是因为镧系收缩原子半径却和银几乎一样,因此更容易跟电子给予体的一氧化碳相互作用。
2银团簇和氧气分子的相互作用
采用和上面类似的方法我们同样研究了氧气分子在银团簇上的吸附。我们理论计算的结果和已有的实验结果非常吻合。氧气分子在中性和带有负电荷的银团簇上的吸附能曲线存在明显的奇偶性。同时,在正电荷的银团簇上的吸附通常弱于在中性和负电荷的情况。自然轨道分析表明除了在较小的正电荷银团簇(n=l~3),电子均是从银团簇转移到氧气分子。
3银团簇和一氧化氮分子的相互作用
类似地,我们也研究了一氧化氮分子在银团簇上的吸附情况。一氧化氮分子在带各种电荷的银团簇上通常都可以比较好的吸附。除了在带正电荷的银原子和二聚体外,一氧化氮分子在各种银团簇的吸附能曲线都有明显的奇偶性质。自然轨道分析同样表明一氧化氮分子在大多数情况下也是从银团簇上获得电子。