超原子阴离子Al 6 O 2- 的组装晶体及超减NM 4 团簇电子结构的理论研究
发布时间：2021-10-02 03:10
团簇是介于原子分子和宏观物体间的一个新层次,由于其特殊的物理、化学、及磁学等性质,团簇是当前的研究热点之一。某些可以模拟元素周期表中某一原子化学行为的幻数团簇被称为超原子。超原子主要的两大分支为超卤素和超碱,可据其合成具有独特性质的新材料。这种以超原子团簇作为组装基元,通过自下而上的方式合成的材料被称为团簇组装材料。团簇组装材料的研究将以往的以原子或分子为基本单元的普通材料推向一个新台阶,并且对团簇的实际利用有很大的提升。本文主要研究内容如下:结合遗传算法和从头计算确定了Al6OK2的低能异构体。通过分析其稳定性和电子结构揭示了以非金属为中心的铝-碱金属团簇的幻数行为。金属团簇离域的Jellium轨道和非金属原子的原子轨道作用形成局域在O原子上的成键轨道和离域在整个团簇上的反键轨道,26个价电子形成s2p6S2P6D10的闭壳层强幻数电子结构。Al6O2-阴离子与碱金属阳离子之间通过离子键结...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
团簇科学同一些科学领域的相互关系[9]
第1章绪论5图1.2Cl-和Al13-的电子结构比较[18]有研究发现了有趣的磁性超原子。典型的VNa8和7VNa模拟了Mn原子，而VNa9/8VNa的性质与Cr原子相似[24]。在其他研究中，Castleman等人发现，简单的团簇离子，如ZrO，在相关的反应活性中可以作为与Pd-等离子等价的超原子，而对应物种具有类似的电子性质[25]。在寻找其他超原子的过程中，发现超原子的化学本质和确定超原子形成的化合物是很重要的，这也将常规的二维元素周期表扩展成三维，为新材料和纳米器件提供更丰富的构建基元。1.2.3设计超原子的电子计数规则团簇的属性通常依赖于团簇的大孝形状和组成。然而，一旦脱离真空环境，团簇就会与其周围环境发生反应或相互结合，从而破坏其独特的性质。要使用团簇作为物质的构建块，团簇必须是稳定的，并且能够保持其身份。如果可以设计并合成一个具有原子精确大小和组成的团簇，这样它就可以模仿元素周期表上原子的化学性质。这样的一个团簇可以被认为是一个超原子，它可以用来构建一个新的三维元素周期表（见图1.3），超原子构成了第三维。因为设计这些超级原子的方法是无限的，所以这个新元素周期表的第三维，原则上是无限的。本小节我们讨论了设计这些新物种的部分电子计数规则。
第1章绪论6图1.3三维元素周期表[26]Jellium模型把金属团簇看作两个相互作用的子系统的和：价电子子系统和带正电荷离子核的子系统。价电子子系统在其自身形成的场中运动，同时也在带正电的离子核的子系统形成的场中运动。在普通的Jellium模型中，团簇的离子结构被均匀且球对称的正电荷分布所取代。电子对这个均匀的正背景做出反应，并按照量子力学的规则填充连续的角动量状态[7,8]。事实上，即使是简单的金属也不是这样。除了屏蔽效应外，团簇中离散离子产生的静电势也不是球对称的。因此，球形Jellium模型的能量壳层和简并度将受到晶体场的影响，即所谓的Jahn-Teller效应[27,28]。这可能会导致能级的重新排序，从而改变壳层结构，导致相应的Jellium结构，如椭球形Jellium模型。Jellium模型最初是为碱金属团簇而发展起来的，其中每个原子贡献一个电子，而闭壳层的团簇包含了这个系列的原子数目。后来又扩展到碱土金属团簇、铝团簇、造币金属团簇等。我们注意到，在结晶状态下，镁和铝等简单金属的费米表面不是球形的。Knight和他的同事做了一个Na团簇的开创性实验，这个实验将幻数的概念引入了人们的视野。在Na团簇的质谱中（图1.4），我们可以观察到电子数为8、20、40、58、…钠原子团簇有显著的质谱峰。这些峰对应的团簇被称为幻数团簇。用球形Jellium模型的电子闭合壳层解释了这些幻数的来源。具有20个价电子的Au20团簇是一个非球形的金属团簇，也可以看作是一个由几个球形超原子连接在一起的超原子分子[29]。价电子主要分布在每个超原子的区域，而不是在整个原子团簇，这也遵循了Jellium模型规则。
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子团簇科学[J]. 王广厚. 科技导报. 1994(10)
本文编号：3417892
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
团簇科学同一些科学领域的相互关系[9]
第1章绪论5图1.2Cl-和Al13-的电子结构比较[18]有研究发现了有趣的磁性超原子。典型的VNa8和7VNa模拟了Mn原子，而VNa9/8VNa的性质与Cr原子相似[24]。在其他研究中，Castleman等人发现，简单的团簇离子，如ZrO，在相关的反应活性中可以作为与Pd-等离子等价的超原子，而对应物种具有类似的电子性质[25]。在寻找其他超原子的过程中，发现超原子的化学本质和确定超原子形成的化合物是很重要的，这也将常规的二维元素周期表扩展成三维，为新材料和纳米器件提供更丰富的构建基元。1.2.3设计超原子的电子计数规则团簇的属性通常依赖于团簇的大孝形状和组成。然而，一旦脱离真空环境，团簇就会与其周围环境发生反应或相互结合，从而破坏其独特的性质。要使用团簇作为物质的构建块，团簇必须是稳定的，并且能够保持其身份。如果可以设计并合成一个具有原子精确大小和组成的团簇，这样它就可以模仿元素周期表上原子的化学性质。这样的一个团簇可以被认为是一个超原子，它可以用来构建一个新的三维元素周期表（见图1.3），超原子构成了第三维。因为设计这些超级原子的方法是无限的，所以这个新元素周期表的第三维，原则上是无限的。本小节我们讨论了设计这些新物种的部分电子计数规则。
第1章绪论6图1.3三维元素周期表[26]Jellium模型把金属团簇看作两个相互作用的子系统的和：价电子子系统和带正电荷离子核的子系统。价电子子系统在其自身形成的场中运动，同时也在带正电的离子核的子系统形成的场中运动。在普通的Jellium模型中，团簇的离子结构被均匀且球对称的正电荷分布所取代。电子对这个均匀的正背景做出反应，并按照量子力学的规则填充连续的角动量状态[7,8]。事实上，即使是简单的金属也不是这样。除了屏蔽效应外，团簇中离散离子产生的静电势也不是球对称的。因此，球形Jellium模型的能量壳层和简并度将受到晶体场的影响，即所谓的Jahn-Teller效应[27,28]。这可能会导致能级的重新排序，从而改变壳层结构，导致相应的Jellium结构，如椭球形Jellium模型。Jellium模型最初是为碱金属团簇而发展起来的，其中每个原子贡献一个电子，而闭壳层的团簇包含了这个系列的原子数目。后来又扩展到碱土金属团簇、铝团簇、造币金属团簇等。我们注意到，在结晶状态下，镁和铝等简单金属的费米表面不是球形的。Knight和他的同事做了一个Na团簇的开创性实验，这个实验将幻数的概念引入了人们的视野。在Na团簇的质谱中（图1.4），我们可以观察到电子数为8、20、40、58、…钠原子团簇有显著的质谱峰。这些峰对应的团簇被称为幻数团簇。用球形Jellium模型的电子闭合壳层解释了这些幻数的来源。具有20个价电子的Au20团簇是一个非球形的金属团簇，也可以看作是一个由几个球形超原子连接在一起的超原子分子[29]。价电子主要分布在每个超原子的区域，而不是在整个原子团簇，这也遵循了Jellium模型规则。
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子团簇科学[J]. 王广厚. 科技导报. 1994(10)
本文编号：3417892
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