硅金團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,其奇特的物理化學(xué)性質(zhì)引起了廣泛的研究興趣。團簇隨尺度的變化可以反映材料生長過程和變化趨勢,對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硅金團簇SiAun(n=17-20)進行了理論研究,得到了它們的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并對其吸附能,自然電荷NBO及鍵級,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譜進行了研究。主要結(jié)論如下:Aun(n=17-20)摻入硅原子后

2、,團簇的構(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原子與周圍的Au原子形成一個硅金單元,而SiAu19則為帶有懸掛金原子的類四面體形。SiAu20的HOMO-LUMO帶隙大約為1.0eV,相比Au20帶隙明顯減小,對紅外吸收增強顯著,其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。對團簇電荷的布居數(shù)進行分析表明,其團簇中不同位置的Au原子所帶電荷也不相同,團簇周圍的Au原子帶有正電荷,其它的帶負電荷或不帶電荷。而

3、紅外振動譜的值可以作為實驗上測定團簇結(jié)構(gòu)的依據(jù)。
　　 對Si原子在Au(111)面的行為進行了理論研究,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壘,并對其分波態(tài)密度、差分電荷密度、Mulliken電荷及鍵級、吸收光譜以及紅外光譜進行了詳細的比較。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,與周圍六個Au原子成鍵,而在Au(111)表面的遷移勢壘最小,由表面躍遷到體內(nèi)的勢壘比較大。在體內(nèi)摻

4、雜時,Si的p電子與Au的d電子雜化,表現(xiàn)得更局域。通過差分電荷密度分析發(fā)現(xiàn),Au原子周圍的電子密度明顯減少,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。通過計算電荷的布居數(shù)發(fā)現(xiàn),Si原子的Mulliken電荷為正值,與其成鍵的Au原子則帶負電荷;而鍵級分析表明,硅金原子之間形成的是共價鍵,表面摻雜時比體內(nèi)摻雜時的鍵級大,共價作用更強。吸收譜的計算表明,在Au(111)體內(nèi)摻雜Si原子時,吸收譜的強