FeAu和FeV二元团簇结构和电磁性质的理论研究

发布时间：2019-10-24 20:33

【摘要】：磁性过渡金属(Fe、Co、Ni、Mn)团簇奇异的物理化学性质,在化学催化反应、磁性材料、生物医疗和光电子学等领域,呈现出广泛的应用前景。而二元过渡金属团簇,通过调控其团簇的尺寸大小和比例,可以实现对合金团簇磁特性的人工剪裁和设计,继而获得单质过渡金属团簇本身没有的磁特性,从而探索出新型磁性纳米材料。因此,过渡金属二元团簇的几何、电子结构与磁性研究已成为近年来团簇物理学领域的研究热点。鉴于此,本论文选用Fe基过渡金属作为主团簇,归因于Fe团簇具有独特磁性和良好的催化性能;并选择具有独特的催化活性和生物相溶的Au原子作为掺杂元素,探究FeAu合金团簇的几何、电子结构和磁学行为,促进其在磁性存储、催化和生物医疗等领域的应用。另外,选择V原子掺杂Fe_(13)团簇进行小分子吸附的理论研究,探究小分子吸附的最佳位置及其催化活性,为进行优良催化剂的设计提供理论指导。其主要内容及结论如下:1.Fe_nAu(n=1-12)合金团簇的结构、稳定性和磁性基于密度泛函理论DFT-GGA的方法,我们对Fe_nAu(n=1-12)合金团簇的结构、稳定性和磁性进行了系统的研究。研究结果表明Fe_nAu(n=1,2,4-5,10-12)合金团簇的最稳定构型仍保持与纯Fe_(n+1)团簇具有相似的构型;当n=6-9时,Fe_nAu团簇最低能量结构是由掺杂Au原子占据纯Fe_n团簇构型的外部位置构成。Fe_nAu合金团簇的分裂能和二阶差分能表明Fe_6Au和Fe_9Au较其近邻团簇显示强的稳定性;而当n=5和10,Fe_(n+1)团簇具有相当高的稳定性。在Fe_nAu团簇中,电荷总是从Fe原子转移到Au上导致Au原子的磁矩几乎为零,以及Au原子对Fe_nAu团簇中Fe原子的平均磁矩几乎无影响,这两方面的因素致使Fe_nAu合金团簇的磁矩较Fe_(n+1)团簇降低了3μB。2.Fe_(13-n)V_n(n=0-4)合金团簇的几何、电子结构和磁性采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)方法对Fe_(13-n)V_n(n=0-4)合金团簇进行了几何、电子结构和磁性质及其吸附小分子NO进行了理论研究。与纯Fe_(13)的基态结构相似,最低能量态的Fe_(13-n)V_n(n=0-4)团簇均保持高对称性二十面体结构。随着V原子数的增加,表面V原子倾向于混合,形成更多V-V键,同时导致二十面体构型的变形,对称性明显降低。Fe_(13-n)V_n(n=0-4)团簇的总磁矩不是单调的降低,其中Fe_(10_V_3团簇的总磁矩增加,而并无在Fe_(11)V_2团簇的基础上进行总磁矩的减少。当NO吸附Fe_(13-n)V_n团簇时,其基态结构并没发生明显的变化,其最有利吸附位置既有顶位也有空位。Fe_(12)VNO和Fe_(10)V_3NO团簇的活性显著低于相邻团簇的活性。另外,Fe_(13-n)V_n(n=0-4)主团簇吸附小分子后,其总磁矩减小1或3μB。
【图文】：

团簇,稳定结构,低能量,磁矩

3-1 FenAu，Fen+1(n=1-12)团簇的最稳定结构和 FenAu 团簇的 3 个低能量态(a，b，c)们的对称性、总磁矩以及与基态的相对能。蓝色和粉色小球分别代表 Fe 和 Au 原子.3.2 FenAu (n=1-12)团簇的稳定性这一部分，我们将会讨论 FenAu 合金团簇最稳定结构依赖于尺寸变化的物理性质。FenA平均结合能 Eb随着团簇尺寸 n 变化现象绘制在图 3-2 (a)中。为了方便对比，我们同时也

团簇,分裂能,平均结合能,二阶差分

FenAu (n=1-12)团簇最稳定结构的平均结合能、分裂能和二阶差分能的变化O-LUMO 能隙是是表征团簇电子结构稳定性的参数。团簇较大的能隙对 3-3，FeAu 中团簇的 HOMO -LUMO 能隙最小，仅有 0.040 eV。然而，Fe变化趋势基本处于相对是稳定状态，其能隙值在 0.376～0.506 eV 之间，学惰性。当 n＝10，11 和 12 时，其间隙能能明显降低。HOMO -LUMO属-金属成健中卷入了更多的原子[86,87]。因此，这三种团簇具有的强金属
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.1

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