小分子与(ZnS)_n团簇相互作用的理论研究

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本文为研究表面调控对纳米ZnS颗粒的影响,以(ZnS)n团簇为模型,对小分子和纳米(ZnS)n团簇的相互作用进行了理论研究。计算使用materials studio程序中的dmol3模块,采用广义梯度近似方法,选择BLYP泛函,所有原子都采用全电子双数字加极化基组(DNP),研究中使用BFGS算法进行几何优化,寻求能量最低的几何结构。并在相同水平下进行了频率计算,以确定其为稳定构型。通过对(ZnS)n团簇和小分子相互作用的理论研究,总结了其最稳定构型的结构规律。同时,计算了结合能,HOMO,LUMO前线轨道,及其hirshfeld电荷和原子轨道布居来进一步探讨其变化机理。以上这些研究结果可概括为以下几个方面:1.(ZnS)n(n=9-26,32,44,50,60)团簇和中性H2O分子间的相互作用研究了不同尺寸的(ZnS)n团簇(n=9-26,32,44,50,60)与H2O分子的吸附作用,其中(ZnS)n(n=9-26,32,44)为单气泡构型,n=50,60为双气泡构型。计算结果表明对于同属于气泡结构的不同尺寸的(ZnS)n团簇具有相同的性质,与H2O分子作用后的结合能、键长变化,电荷分布具有同一性,H2O分子与(ZnS)n团簇吸附作用最强位是O原子作用到Zn原子上,H原子靠近S原子的构型为其最稳定构型,O原子的电子转移给S原子。(ZnS)n团簇在与H2O分子作用后,Zn-S键长发生变化,说明改变表面环境对ZnS结构有重要影响。为调控合成纳米ZnS结构提供了一种思路。2.(ZnS)n团簇和路易斯碱相互作用研究了不同尺寸的(ZnS)n团簇(n=9-26,32,44,50,60)与NH3分子的吸附作用,计算结果表明对于同属于气泡结构的不同尺寸(ZnS)n团簇与NH3分子作用后,Zn-S键长发生变化,而其结合能,电荷分布同样具有同一性。NH3分子与团簇作用最强位是N原子作用到Zn原子上,三个H原子分别靠近三个不同的S原子,电子从N原子转移给S原子。我们以(ZnS)n(n=12,26,60)团簇为模型,对(ZnS)n团簇和LiOH,NaOH,NH2Li,NH2Na分子的相互作用进行了理论研究,并与H2O分子和NH3分子的相互作用进行了比较,通过计算,我们发现(ZnS)n团簇和H2O,NH3,LiOH,NaOH,NH2Li,NH2Na相互作用后,其结合能随着分子碱性的增强而逐渐增大。(ZnS)n团簇结构的改变取决于我们选取的小分子。而随着小分子的碱性增强,相互作用也在增强。本文计算的结果与实验上通过改变表面环境而达到制备热力学稳定的ZnS纳米相是一致的。从微观角度理解该过程将有助于合成热力学稳定的纳米结构材料。
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