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Au32及其掺杂团簇的结构和非线性光学性质

2020-12-11阅读(636)

Au32及其掺杂团簇的结构和非线性光学性质

论文摘要

近来,由于金团簇在电子设备,光学材料,功能纳米材料,催化剂等方面的应用需要,人们从实验和理论上对金团簇进行了大量的研究。研究主要集中在基态结构、电子性质、吸附、催化和非线性光学效应等方面。研究显示金团簇有可观的非线性光学特性,可以作为一些光学器件的基本材料,具有潜在的应用价值。但是,专门研究金团簇非线性光学性质的工作比较少,人们仍旧主要关注于金团簇结构以及电子性质的研究。本文利用DFT研究了富勒烯Au32及其合金团簇的基态电子性质与非线性光学性质等。文章从掺杂种类、掺杂位置、杂质原子数量、杂质原子空间距离以及对称度等方面讨论了掺杂Ag或Cu原子对Au32团簇非线性光学性质的影响。本文主要分为三部分：1.富勒烯Au32及其合金团簇的构型与非线性光学性质用DFT中的PBE方法在LanL2DZ基组水平上在Au32团簇的结构基础之上建构并几何优化了Au32-nMn（n=1,2,3；M=Ag,Cu）团簇,对它们的基态电子性质与非线性光学性质进行了理论研究。结果表明掺杂银、铜原子均可使团簇的能隙减小,掺杂五纵轴的位置要比三纵轴的位置要高。掺杂不同的杂质原子对金团簇平均结合能的影响不同。无论是掺银还是铜,差减偶极矩均高于纯金的,并随着浓度的增加而升高。掺杂银或铜原子可以显著的增大团簇的一阶超极化率。在掺杂相同的元素且对称性降低的一组团簇中β值随着杂质原子数量增加而增大。总之在纯金团簇中掺杂同主族的银或铜原子可以增强其非线性光学性质。杂质原子数量、掺杂位置、杂质种类、杂质原子空间距离以及对称度都会影响团簇非线性光学系数。2.Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag, Cu）的HOMOHOMO分析表明团簇轨道有非常高的d成分,d电子在团簇的光学性质方面有很强的影响,引起较强的s-（p）-d分子轨道杂化。同时发现在三纵轴位置,d轨道成水平与六边形；而在五纵轴位置是垂直于五边形的。3.从电子离域性角度用ELF、LOL对金及其合金团簇的分析在Au32及其合金团簇中,ELF与LOL分析表明由于相对论效应的差异,电子离域性的等值面,Ag是小于Au,而Cu更小于Ag,无论是掺杂位如何,以上特性都是类似的。为此从根本上来说贵金属原子Au的强电子离域性是本质原因,掺杂改变了原来高对称分布的电子,进一步增强了团簇的二阶非线性光学效应。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 团簇的研究对象及基本性质
  • 1.1.1 团簇研究对象
  • 1.1.2 团簇的主要性质
  • 1.2 团簇的研究意义
  • 1.3 团簇的研究进展
  • 1.4 金团簇的性质及研究现状
  • 1.4.1 金元素的特性
  • 1.4.2 金团簇的研究现状
  • 1.5 课题研究的出发点、意义及研究内容
  • 第二章 理论基础与计算方法概述
  • 2.1 第一性原理
  • 2.2 密度泛函理论
  • 2.2.1 密度泛函理论简介
  • 2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
  • 2.2.3 Kohn-Sham方程
  • 2.2.4 交换关联泛函
  • 2.3 计算方法
  • 2.3.1 半经验计算方法
  • 2.3.2 从头计算方法
  • 2.4 自然键轨道NBO理论
  • 2.5 计算软件及基组
  • 2.5.1 Gaussian软件介绍
  • 2.5.2 基组
  • 32及其合金团簇的构型和非线性光学性质'>第三章 Au32及其合金团簇的构型和非线性光学性质
  • 3.1 引言
  • 32及其合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的结构构型'>3.2 Au32及其合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的结构构型
  • 3.2.1 优化后的几何构型
  • 3.2.2 平均键长分析
  • 32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的电子结构性质'>3.3 Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的电子结构性质
  • 32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的能隙比较'>3.3.1 Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的能隙比较
  • 32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的平均结合能分析'>3.3.2 Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的平均结合能分析
  • 32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的非线性光学性质'>3.4 Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的非线性光学性质
  • 3.4.1 静态偶极极化率的结果分析
  • 3.4.2 一阶超极化率的结果分析
  • 32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的HOMO'>3.5 Au32及合金团簇Au32-nMn（M=Ag,Cu）的HOMO
  • 3.6 结论
  • 第四章 ELF、LOL对金及其合金团簇的分析
  • 32及Au32-nMn（M=Ag,Cu）团簇'>4.1 Au32及Au32-nMn（M=Ag,Cu）团簇
  • 4.2 结论
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢

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