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团簇结构与性质对于理解物质从微观到宏观的过渡具有重要的意义,团簇由于其特殊的物理化学性质已经引起物理、化学和材料等领域研究人员的广泛兴趣。由于混合/掺杂团簇的组成、结构及性质的多样性,混合团簇在电子、工程、催化等领域具有广泛的应用前景。 铝团簇吸附原子、分子会引起其结构和性质的变化,对它们的研究有助于更好的了解团簇的性质以及发现由于吸附原子、分子所形成的性质稳定的团簇化合物,并以此为模块组装具有特定性质的纳米材料。同时,团簇吸附的机理和规律也有助于更好的了解铝体材料和表面的吸附行为。 本文采用密度泛函理论和广义梯度近似的方法研究了团簇Al13OH、Al7OH的结构和电子性质,阐明了铝团簇吸附OH的机制和规律。对于Al13OH团簇,异构体C1(I)和Ih(顶位)分别是中性的和带负电的Al13OH团簇的最低能量结构;OH吸附在Al13团簇的空位时是不稳定的。由于在Al13团簇和OH离子间发生了电荷转移,Al13OH团簇的Al13主体的结构有不同程度的变形。在Al13OH?团簇中,由于于多余的电子位于的Al13主体中,因而Al13主体仍能保持结构的稳定性,多余的电子平均分布在Al原子上。在Al13OH和Al13OH?中,OH与Al13之间的束缚强度在很多情况下是相似的,布居电荷分析显示OH与Al13之间键的特性主要是离子性的。对于Al13OH―团簇,其顶位吸附结构比桥位更稳定。较大的结合能和能隙意味着中性的Al13OH团簇在物理和化学性质上更稳定的。 对于Al7OH团簇,OH离子更易吸附在Al原子的顶位,空位结构是不稳定的。在顶位吸附型结构中,Al7主体能保持其结构的稳定性,而在桥位结构的异构体中则有明显变形。Al7和OH之间的结合能远远大于Al7I和Al7H。Al7–OH之间大量的电荷转移表明的键的特性主要是离子性的。分析了OH离子,团簇Al7(C3v和C2v)和Al7OH的最低能量结构的单电子能级,以进一步说明OH离子的吸附本质。同时,我们还给出了Al7OH及其异构体(C3v和C2v)的振动频率谱。 数值较大的结合能,最高占据分子轨道-最低非占据分子能隙和垂直电离势意味着Al13OH和Al7OH团簇在物理和化学性质上是稳定的。这些研究有助于更好的了解Al13和Al7团簇的物理与化学性质,且对发现由吸附原子、分子所形成的性质稳定的团簇化合物,并以此为模块组装具有特定性质的纳米材料有重要的意义。