ConAu,(CoAl)n和ConO二元团簇的结构和磁性理论研究

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1、分类号：密级：无UDC：单位代码：10118山西师范大学研究生硕士学位论文ConAu,(CoAl)n和ConO二元团簇的结构和磁性理论研究梁瑞瑞指导教师武海顺教授山西师范大学化学与材料科学学院申请学位级别理学硕士专业名称化学论文提交日期年月日论文答辩日期年月日学位授予单位山西师范大学学位授予日期年月日答辩委员会主席武海顺教授评阅人周立新王文亮2014年月日独创声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，学位论文的知识产权属于山西师范大学。除了文中特别加以标注的地方外，论文中

2、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山西师范大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。本声明的法律后果将完全由本人承担。作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解山西师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山西师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行网络出版，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：签字日期：导

3、师签字：签字日期：中文摘要论文题目：ConAu,(CoAl)n和ConO二元团簇的结构和磁性理论研究专业：化学硕士生：梁瑞瑞签名：指导教师：武海顺签名：摘要过渡金属团簇由于独特的物理化学性质，其研究一直受到物理和化学相关领域科研人员的广泛关注。在过去二十年中，人们主要对纯过渡金属团簇进行实验和理论方面的研究，到目前为止它们的几何，电子结构，磁性质和催化性质等已经被人们获得了较为全面的理解。最近，人们发现它们的这些性质可以通过掺入其它原子或者调控其掺杂团簇尺寸大小和比例来改变，这样就为获得可裁剪的新材料构筑基元奠定

4、了基础。因此，二元掺杂团簇几何、电子结构与磁性质方面的研究已成为团簇物理学和化学领域一个热门的课题。本论文选用最有探索意义的Co基双金属团簇体系作为研究对象，利用密度泛函理论的方法对ConAu(n=1-9)、(CoAl)n(n≤6)和ConO(n=2-10)团簇的几何、电子结构与磁性质进行了系统的研究，以及探究了其几何、电子结构与磁性之间的关联。其主要内容及结论如下：1.ConAu(n=1-9)合金团簇的结构、稳定性和磁性基于DFT-GGA的方法，我们对ConAu(n=1-9)团簇的结构、稳定性和磁性进行了系统的

5、研究。研究结果表明，当n=1，3-7时，ConAu合金团簇最低能量结构趋向于Au替代Con+1团簇基态结构中的一个Co原子的位置；n=2，8，9时，ConAu基态结构趋向于在基态Con团簇结构外围添加了一个Au原子。随着团簇尺寸的增大，分裂能和二阶差分能表现出明显的奇偶震荡现象，且在n=5时出现最大值，具有相当高的稳定性。除Co3Au与Co8Au外，Au原子的掺杂使主体Co团簇的总磁性降低了2μB，这主要是源于Au掺杂后，Co原子的平均磁矩与纯Co团簇的磁性相当，仍保持2μB左右的平均磁矩，而Au原子几乎不提供磁

6、性，致使ConAu团簇磁性较Con+1团簇降低2μB。I山西师范大学学位论文2.(CoAl)n(n≤6)合金团簇的结构、稳定性和磁性采用密度泛函理论下的广义梯度近似(DFT-GGA)对小尺寸的(CoAl)n(n≤6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质的研究。研究结果表明，(CoAl)n(n=1-6)合金团簇在基态附近出现许多能量十分接近的低能量态，有能量简并态存在，基态几何构型表现出经典的过渡金属密堆积结构。在(CoAl)n团簇中，共价键与离子键相互竞争，导致共价键削弱，离子键增强，结果随着团簇尺寸的增大

7、，HOMO-LUMO能隙呈明显下降趋势。(CoAl)n基态团簇的总磁矩呈现半梯形状的变化趋势，并从磁性耦合、原子间电荷转移以及非磁性Al的掺入对Co自旋极化的影响三方面揭示了磁性变化的原因。3.ConO(n=2-10)团簇的结构、稳定性和磁性质研究采用密度泛函理论下的广义梯度近似(DFT-GGA)对ConO(n=2-10)团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质的研究。研究结果表明，O原子以盖帽的方式与Co团簇结合。O原子的掺入提高了Co团簇的稳定性，二阶差分能在n=3，6，8时显示出局域最大值，说明这些团簇比其近

8、邻团簇有较高的稳定性。与纯Con团簇相比，掺杂团簇拥有较高的HOMO-LUMO值，表明ConO团簇有高的化学惰性。掺杂后团簇的磁性表现出各种不同的变化趋势，这种变化的起因已通过团簇中原子的局域磁矩和态密度进行了详细分析。【关键词】密度泛函理论,Co基合金团簇,几何构型,电子结构,磁性【论文类型】基础本研究得到国家自然科学青年基金（批准号：21301112），教育部博士点基