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阿姆斯特丹密度泛函(Amsterdam Density Functioal,简称ADF)方法是目前国际上公认的一种基于第一性原理的先进计算方法。该方法采用了线性标度和并行技术,计算效率高,结果准确。本论文采用ADF方法,系统地研究了C20富勒烯中掺氮杂质原子后的性质变化和ZnO团簇的特性,发现了一些新的结构,得到了一些重要的结果。
首先,我们系统地研究了C20-nNn(n=1-9)团簇的几何结构、电子结构和稳定性。研究发现:掺入的杂质氮原子数目越多,C20富勒烯的结构畸变越厉害;掺杂后的团簇失去电子变得不容易,氧化能力降低,还原能力增强;掺杂在一定程度上增强了团簇的稳定性。
其次,我们详细研究了ZnOm(n+m=10)团簇的性质。研究表明:当氧原子数目大于锌原子数目时,团簇的稳定性不高;当氧原子数目小于等于锌原子数目时,团簇的稳定性较好,这是由于部分氧原子的阴离子空位被多出的锌原子提供的电子占据所导致的;在ZnOm(n+m=10,n≥m)团簇中,Zn5O5团簇稳定性最好,而Zn7O3团簇稳定性最差,这是由于Zn7O3团簇中,有两个锌原子参与两个氧原子形成π键,影响了氧原子π键的对称性,降低了整个团簇的稳定性。
最后,我们重点研究了ZnOn(n=1-11)团簇的特性。研究得到:所有的基态结构都呈现氧原子和锌原子交替排列的构型,且具有很高的对称性;在其它的亚稳定结构中,氧原子和锌原子交替排列的结构一般比非交替排列的结构要稳定;团簇的结合能随着n的增加线性地增加,每增加一个氧原子和锌原子,团簇的结合能平均增加8eV;当n小于等于7时,团簇的基态结构都是平面环状结构;当n大于7个小于12个时,团簇的基态结构都是三维立体结构;对于ZnnOn(n=2-7)团簇的基态结构,Zn-O的键长随着n的增长而减少。