外电场下铂团簇的结构、性质及其对气体小分子吸附的理论研究

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团簇是宏观物质与原子之间的状态,它是几个原子到几千个原子构成的相对稳定的聚集体,由于具有奇特的性质从而在材料物理化学、纳米技术等领域应用广泛。并且随着密度泛函理论和计算机技术的迅猛发展,使得关于团簇的几何构型、性质的理论计算成为可能。铂团簇由于其独特的物理化学性质和在催化方面的应用,成为理论和实验研究的热点之一。然而在实验上铂团簇合成率不高,分离困难,有关铂团簇的实验信息缺乏,因此对铂团簇展开理论研究为实验提供理论数据参考很有意义。一般来说,吸附过程是发生在团簇表面化学反应的关键过程,因此团簇吸附小分子的研究也已引起广大科研工作者的广泛关注。其次,外电场F可以有效的改变低维度系统的性质及对气体小分子的吸附。本文利用基于密度泛函理论(DFT)Materials Studio程序包中的DMol3模块来完成的。首先计算了外电场下Ptn(n=2-4)团簇、CO分子及O2分子的键长、电荷数、结合能、最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)、能隙(HOMO-LUMOGap),分析了各物理量随外电场的变化规律。结果表明:正负方向电场对团簇的键长、电荷数及结合能等物理量的影响是不同且显著的,随着原子数目的增加,铂团簇的结合能逐渐增大。CO分子的键长和电荷随电场的增加逐渐减小。O2分子的键长和能隙随场强的增大而增大,O2分子的电荷随电场的增加而增大。然后本文对外电场下Ptn(n=1-4)团簇分别吸附CO分子、O2分子的体系进行了研究,分析体系的结合能与能隙随电场的变化规律,讨论了存在与不存在外电场的情形下,体系内气体分子键长的变化,电场与铂团簇共同作用下对CO分子、O2分子的影响,以及团簇原子数目的增加对气体分子的影响。
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