硅金團(tuán)簇的第一性原理研究.pdf

1、納米材料是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),其奇特的物理化學(xué)性質(zhì)引起了廣泛的研究興趣。團(tuán)簇隨尺度的變化可以反映材料生長(zhǎng)過(guò)程和變化趨勢(shì),對(duì)于納米材料的自組裝具有重要意義。
　　 本論文主要采用密度泛函對(duì)硅金團(tuán)簇SiAun(n=17-20)進(jìn)行了理論研究,得到了它們的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并對(duì)其吸附能,自然電荷NBO及鍵級(jí),最高占據(jù)軌道和最低空軌道(HOMO-LUMO)能隙,吸收譜以及紅外振動(dòng)譜進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下:Aun(n=17-20)摻入硅原子后

2、,團(tuán)簇的構(gòu)形與純金簇的明顯不同,SiAu17,18,20為具有懸掛Au原子的籠形,Si原子與周?chē)腁u原子形成一個(gè)硅金單元,而SiAu19則為帶有懸掛金原子的類(lèi)四面體形。SiAu20的HOMO-LUMO帶隙大約為1.0eV,相比Au20帶隙明顯減小,對(duì)紅外吸收增強(qiáng)顯著,其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。對(duì)團(tuán)簇電荷的布居數(shù)進(jìn)行分析表明,其團(tuán)簇中不同位置的Au原子所帶電荷也不相同,團(tuán)簇周?chē)腁u原子帶有正電荷,其它的帶負(fù)電荷或不帶電荷。而

3、紅外振動(dòng)譜的值可以作為實(shí)驗(yàn)上測(cè)定團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的依據(jù)。
　　 對(duì)Si原子在Au(111)面的行為進(jìn)行了理論研究,確定了表面和體內(nèi)摻雜的最穩(wěn)定吸附位置,以及這些位置之間的遷移勢(shì)壘,并對(duì)其分波態(tài)密度、差分電荷密度、Mulliken電荷及鍵級(jí)、吸收光譜以及紅外光譜進(jìn)行了詳細(xì)的比較。Si原子在Au(111)內(nèi)部最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是嵌第一層Au原子中,與周?chē)鶄€(gè)Au原子成鍵,而在Au(111)表面的遷移勢(shì)壘最小,由表面躍遷到體內(nèi)的勢(shì)壘比較大。在體內(nèi)摻

4、雜時(shí),Si的p電子與Au的d電子雜化,表現(xiàn)得更局域。通過(guò)差分電荷密度分析發(fā)現(xiàn),Au原子周?chē)碾娮用芏让黠@減少,而Au-Si原子之間的電子密度明顯增加,這表明電子由Au原子向Au-Si中間轉(zhuǎn)移。通過(guò)計(jì)算電荷的布居數(shù)發(fā)現(xiàn),Si原子的Mulliken電荷為正值,與其成鍵的Au原子則帶負(fù)電荷;而鍵級(jí)分析表明,硅金原子之間形成的是共價(jià)鍵,表面摻雜時(shí)比體內(nèi)摻雜時(shí)的鍵級(jí)大,共價(jià)作用更強(qiáng)。吸收譜的計(jì)算表明,在Au(111)體內(nèi)摻雜Si原子時(shí),吸收譜的強(qiáng)