掺杂铝团簇吸附氧特性的第一性原理研究

• 作 者: 陈莉莉
• 出 处: 安徽大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: X@Al12（X=C Si P+）团簇 密度泛函理论 吸附特性 性质与结构

团簇作为一门新兴学科,其独特的性质引起了越来越多的关注。通过对它的研究有助于我们理解物质从微观到宏观的过渡具有重要的意义。铝团簇吸附原子、分子会引起结构和性质的变化,对它们的研究有助于更好的了解团簇的性质。而且团簇的吸附机理将有助于了解表面的吸附行为。利用密度泛函理论对X@Al12(X=C,Si,P+)团簇吸附氧原子特性进行了研究,分别分析了氧原子在三个吸附位置(顶位置、桥位置和空位置)的吸附能,HOMO-LOMO能隙和电荷转移等性质。通过Mulliken布居分析,O原子都是负电性的,有大量电荷从X@Al12转移到向O原子上面,分析表明在空位时电荷转移最大。结果表明对于C@Al12和Si@Al12,P+@Al12氧原子更倾向于吸附在空位位置。而且他们三者在对氧的吸附性质上比较接近。氧在X@Al12(X=C,Si,P+)的吸附性质与Al13-有显著不同。在Al13-O中O是倾向于以桥位形式吸附在Al13-上的。我们运用密度泛函理论对具有二十面体结构的X@Al12(X=Al-,P+,C,Si)团簇与O2的相互作用进行了研究,其中X@Al12(X=Al-,P+,C,Si)拥有40个价电子。当它们分别与O2发生反应时,表现出显著不同的反应方式。O2在Al13-上的解离吸附强烈的依赖于O2的自旋态,而对X@Al12(X=P+,C,Si)并非如此。自旋动量从O2转移到Al13-比在X@Al12(X=P+,C,Si)上更快。很小的结合能和相对比较高的能量势垒表明X@Al12(X=Al-,P+,C,Si)不易于基态的O2发生反应。通过对X@Al12(X=C,Si,P+)吸附单一O原子以及X@Al12(X=Al-,P+,C,Si)与O2之间相互作用的研究。研究结果表明通过对Al原子团簇内部掺杂其它杂质原子,可以有效的改变Al原子团簇的性能。这对以Al原子团簇为模块组装成具有特定性质的纳米材料有着重要的意义。