WnN20,±(n=6-12)团簇的密度泛函理论研究

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本文基于密度泛函理论(DFT),运用Gaussian09软件包,选用杂化泛函B3LYP方法和LANL2DZ赝势基组对WnN20,±(n=6-12)吸附体系的构型进行优化,获得基态结构,并在基态结构基础上探讨其相关的物理化学性能,主要研究内容如下:  WnN2(n=6-12)吸附体系的基态结构是在纯钨团簇基态构型的基础上倾斜吸附N2分子而成,在吸附N2后,钨团簇基体的构型并未发生显著的改变;N2在钨团簇表面的吸附方式主要是由其中一个N原子与钨团簇表面的端位W原子相连,且N2分子在Wn团簇表面的吸附是非解离性吸附。对比自由N2分子,吸附后N-N键键长变大,N2分子被活化。稳定性分析表明W8N2和W10N2团簇的稳定性较强。  在WnN2(n=6-12)团簇基态结构的基础上,继续研究了团簇的自然键轨道(NBO),振动光谱,极化率,磁矩及热力学等性质等性质。NBO分析表明,W与N2作用的机理是W原子轨道和N2分子内的s-p杂化轨道的相互作用。各团簇红外光谱最强峰和拉曼光谱最强峰都在同一波数处,所对应的振动模式也相同,都是两个N原子的伸缩振动,波数分布在1507.76 cm-1-1985.93cm-1之间。极化率分量集中分布在XX、YY和ZZ三个方向上;W11N2和W12N2团簇的总磁矩最大为6μB;W6N2、W8N2、W11N2及W12N2团簇的NICS值都是负值,具有芳香性;从态密度分析可知总态密度主要来源于W原子的d轨道,其极大的影响了团簇的电子结构。  进而计算了WnN2±(n=6-12)离子团簇的基态结构,并在此基础上探讨其稳定性等性能。研究表明离子团簇的基态结构与其中性的基态或亚稳态构型相似。离子团簇中N-N键都被活化但是在阳离子团簇中的N-N键长小于对应的阴离子团簇,这说明阳离子团簇对N2分子的活化效果弱于相应的阴离子团簇。阳离子团簇的平均结合能最大,阴离子团簇次之,中性团簇最小。WnN2±(n=6-12)离子团簇基态结构的红外光谱与其中性团簇的谱图相近,都只存在一个强峰。阳离子团簇的极化率张量平均值比对应的阴离子团簇小。离子团簇的磁矩都不为零,自旋多重度越大的团簇,其总磁矩也越大,位于对称位置上的原子的局域磁矩是一样的。
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