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《中性与离子ge4团簇的芳香性与结构演化从头算理论研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、中性与离子Ge4团簇的芳香性与结构演化从头算理论研究作者：徐益勇摘要：本文用B3LYP与B3PW91方法优化全金属原子团簇Ge42+,Ge4和Ge42-的各种结构，并在优化结构的基础上用密度泛函B3LYP和HF两种方法分别计算Ge42+,Ge4和Ge42-的各向异性磁化率χanis和核独立化学位移NICS，并与苯的磁化率和NICS进行比较。从分析Ge42+,Ge4和Ge42-的χanis、NICS和它们的分子轨道上的电子结构特征，从而进一步证实平面正方形结构(D4h)的Ge42+，菱形结构(D2h)的Ge4，蝴蝶形结构(C2v)的Ge42-团簇是具有芳香性特
2、点的。关键词：原子团簇芳香性密度泛函理论从头算理论分子磁性１、引言由于原子团簇在固体物理、表面物理、分子物理以及催化等方面的重要作用以及具有理论和技术应用的重要意义，十多年来一直受到广泛关注，不断被深入地进行实验和理论研究。又因团簇有许多具有应用前景的奇异特性，对它们的研究可以促进能源科学、材料科学和天体科学等学科的发展。因此研究团簇是很有意义的。芳香性化合物通常指的是苯及其衍生物，芳香性指的是环状的、平面的、共轭的、轨道占有(4n+2)电子数的有机分子且具有稳定的化学结构的化合物所具有的性质，但现芳香性已经扩展到异原子(heterosystem)、有机金属
3、化合物和全金属化合物。现公认的、被普遍接受的芳香性判据有以下４条：（1）分子结构是平面、环状的；（2）轨道占有(4n+2)电子数；（3）具有最稳定结构，即能量最小的结构；（4）磁性判据：磁化率和核独立化学位移NICS（nucleusindependentchemicalshifts）。前人已经对中性与离子Si4团簇的芳香性做了研究,由于Si元素与Ge元素处于同一主族,且目前就我所知还没有关于中性与离子Ge4团簇的研究，为了确定它的稳定结构和芳香性结构，我就鉴于前人的的研究方法,采用密度泛函理论进行计算.本文采用杂化密度泛函方法B3LYP和B3PW91对Ge4
4、2+,Ge4和Ge42-的稳定结构,振动频率与能量进行理论计算,并在其稳定结构的基础上运用Chem3D软件画出它的稳定结构图和电子云结构图,根据电子密度分布图和芳香性在结构上的特点,进而分析锗原子团簇的芳香性。芳香性与反芳香性的概念，使我们能够知道四原子锗团簇在失去和得到两个电子结构会怎么改变。这些化学概念对更大的锗团簇的电子结构和化学键的理解，以及在设计锗或其他纳米结构半导体成微型电子设备也许也是非常有用的。２、计算方法2.1原理Hartree-Fock-Roothoan(HFR)理论和密度泛函现在广义地统称为从头算理论。密度泛函优化考虑了交换能、关联能，
5、是包括局域与非局域的方法，它首先由Becke,Lee,Yang,andParr等提出，是一种可靠的计算方法。本文所使用的B3LYP与B3PW91是两种杂化密度泛函。而ＨＦR方法是目前量子化学中最精确的方法之一。本文主要用B3LYP/6-311+G(3df)与B3PW91/6-311+G(3df)方法优化Ge42+,Ge4和Ge42-的各种结构，并在优化结构的基础上用密度泛函B3LYP/6-311+G*和HF/6-311+G*两种方法分别计算Ge42+,Ge4和Ge42-的各向异性磁化率χanis(magneticsusceptibilityanisotrop
6、y)和核独立化学位移NICS（nucleusindependentchemicalshifts），从磁的性质这一判据来研究Ge42+,Ge4和Ge42-的芳香性，磁化率和NICS是物质芳香性的磁性判据的两个方面。磁化率是磁化强度Ｍ和磁场强度Ｈ的比例系数,用χanis(magneticsusceptibilityanisotropy)表示。我们将金属放入磁场中，金属将出现一定的磁性，出现的磁性分顺磁性和抗磁性，而芳香性在磁性上显示的就是抗磁性，可用各向异性磁化率χanis来表示，如果计算的χanis结果是负值，则说明此金属就具有芳香性，且负值越大则芳香性越强。
7、核独立化学位移NICS来判断金属的芳香性最早是由Schleyer,P.V.R.提出的：Schleyer建议取屏蔽系数的负值，并把这种方法称为NICS（nucleusindependentchemicalshifts），这是判断芳香性的一种简单方法。这种方法的优点是对团簇的普适性很大，不依赖团簇本身的大小。2.2计算方法采用目前普遍使用的杂化密度泛函方法B3LYP和B3PW91，B3LYP和B3Pw91都是密度泛函DFT方法,在同一6-311+G(3df)基组下,对Ge42+,Ge4和Ge42-团簇的各种可能结构进行优化,然后在优化结构的基础上计算它的振动频率
8、,将出现虚频的不稳定结构去掉,最后得到这些团簇的稳定
