理论设计两类新型超原子

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1、分类号：O641单位代码：10183研究生学号：2012951007密级：公开理论设计两类吉林大学新型超博士学位论文原子刘家刘家园园吉林2018年5月大学—————————————————————理论设计两类新型超原子—————————————————————TheoreticalDesignTwoTypesofNovelSuperatoms————————————作者姓名：刘家园专业名称：物理化学研究方向：量子化学指导教师：吴迪教授学位类别：理学博士培养单位：理论化学研究所论文答辩日期：2018年5月31日授予学位日

2、期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席：苏忠民教授东北师范大学委员：仇永清教授东北师范大学任爱民教授吉林大学丁益宏教授吉林大学刘靖尧教授吉林大学吕中元教授吉林大学陈巍教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工

3、作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中

4、国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：物理化学论文题目：理论设计两类新型超原子作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市朝阳区柳条路2号（130021）作者联系电话：15204303842摘要摘要理论设计两类新型超原子有一些特殊的团簇，它们能够模拟元素周期表中单个原子的化学性质，因此可以被看作是“超原子”。最近，超原子的研究引起了越来越多实验和理论科研工作者的关注，大量的超原子被发现。超原子的研究拓展了传统二维元素周期表

5、的界限，使超原子具有更广阔的发展前景及研究价值。本文探索设计了两类新型超原子。对于超碱金属阳离子，我们重点分析了这些体系的几何结构及电子结构；对于飙卤素体系，着重讨论了它的结构特点、电子分离能及分子磁性。本论文的主要研究内容如下：1.用从头计算方法得到一系列多核超碱金属阳离子YLi+4(Y=PO4、AsO4、VO+3−4)。在YLi4的前几个稳定异构体中，中心的酸根Y基团均能够保持自身几何结构和电子结构的完整性。同时，引入Li+离子可以使Y3−基团解离出一个O2−离子。由于AsO3−2−−2−4基团倾向于解离成AsO2

6、与O2两个片段而不是AsO3与O两个片段，因此AsO++4Li4有更多异构体。YLi4阳离子的垂直电子亲和能(EAvert)大小为2.44到4.67eV。根据它们较低的EAvert值可以判定它们是超碱金属或类碱金属。值得注意的是，有T+d对称性的YLi4异构体更有利于分散多余正电荷，表现出最低的EAvert值(大约2.45eV)。2.通过密度泛函理论计算，研究了一系列多核超碱金属阳离子MF+6Li4(M=Al、Ga、Sc)。由于Li+配体的引入，这些阳离子的结构中原本为正八面体型的MF6基团发生一定程度的扭曲，但仍然保

7、持了结构的完整性。通过对比它们的几何结构可以发现，Li+配体倾向于占据MF6核心的桥位或面心位。根据MP2方法的计算结果，MF+6Li4阳离子有着比碱金属Cs(EAvert，3.89eV)更低的垂直电子亲和能(EA+vert，2.618~3.212eV)，说明它们都是超碱金属阳离子。此外，MF6Li4异构体中的Li+配体越分散，它的EAvert值越低。更重要的是，这些阳离子有较高的HOMO-LUMO能隙值、较大的键能和正的解离能，这些性质都可以证明它们的稳定性。3.理论设计了一系列M+kF2k−1(M=Mg、Ca；k=

8、2、3)阳离子体系。正如设I吉林大学博士学位论文想的一样，绝大部分的阳离子都可以判定为类碱金属甚至超碱金属阳离子。这是因为它们都具有非常低的电子亲和能(EAs)。HOMO-LUMO能隙值和解离能的计算结果证明这些阳离子团簇都有很好的稳定性。最值得注意的是，这些用碱土金属构建的阳离子与碱金属构建的超碱金属相比有两方面的优势：一、它们