原 子 簇

Ｖｏ１．２８　２　０　０　７年ｌ０月　高等学校化学学报　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ　Ｎｏ．１０　ｌ９６８一ｌ９７ｌ　

杂硼原子簇Ｂ６　Ｘ一（Ｘ＝Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）　稳定性和芳香性研究　

熊杰明　，龚良发　，李前树　（１．北京石油化工学院化学工程学院，北京１０２６１７；２．北京理工大学理学院，北京１０００８１）　摘要利用Ｇａｕｓｓｉａｎ　９８程序，采用从头算和密度泛函理论方法，对Ｂ　Ｘ（Ｘ＝Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）杂硼原子簇　进行了理论研究，优化得到了其稳定平衡构型，讨论了其振动光谱和稳定性等，通过自然键轨道（ＮＢＯ）、分　子轨道（ＭＯ）和核独立化学位移（ＮＩＣＳ）分析，确定这些杂硼原子簇都有离域的仃电子和　电子成键轨道，　满足４　＋２电子规则，具有芳香性，与纯Ｂ　或Ｂ：一原子簇呈反芳香性不同　关键词杂硼原子簇；从头算；密度泛函理论；芳香性　中图分类号Ｏ６４１　文献标识码Ａ　文章编号０２５１－０７９０（２００７）１０—１９６８－０４　由于原子簇特殊的结构和性质以及潜在的应用前景，对其进行研究备受关注　．硼和掺杂硼原　子簇在热电化学绝缘体、高温半导体、耐火材料、高能量密度燃料及超导等领域中具有重要的应用价　值，而且，其分子结构与高碳原子簇有共轭关系，因此对硼原子簇的研究十分活跃　．对于纯硼原　子簇，特别是Ｂ　原子簇，已经有不少的研究报道　“，然而，对掺杂的硼原子簇的讨论较　少　，　’　．因此，对掺杂Ｂ　原子簇在成键性质和稳定性方面进行理论探讨，具有一定的应用价值．　密度泛函理论（ＤＦｒ）研究表明杂硼原子簇ｃＢ：一和ｃＢ　Ｈ　”为有６个离域７ｒ电子的平面芳香体　系．本文对等电子体系Ｂ　Ｘ（Ｘ：Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）的几何构型、成键特性和稳定性进行了量子化学　计算研究．　１计算方法　用从头算的ＭＰ２及密度泛函理论（ＤＦＴ）的Ｂ３ＬＹＰ和Ｂ３ＰＷ９１方法，对Ｂ　Ｘ一（Ｘ：Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，　Ｂｉ）体系的几何构型进行优化，对谐振频率进行理论计算．其中，对于硼、氮、磷和砷等原子，采用６—　３１１＋Ｇ　基组，对于锑和铋，采用ＬＡＮ２ＤＺ双　基组．分子轨道（ＭＯ）和核独立化学位移（ＮＩＣＳ）分析　均使用Ｂ３ＬＹＰ方法得到的构型．ＮＩＣＳ值是在ＧＩＡＯ—Ｂ３ＬＹＰ／／Ｂ３ＬＹＰ方法下用相应的基组计算得到的．　分子轨道图用ＭＯＬＤＥＮ　３．４程序绘制．全部计算采用量子化学Ｇａｕｓｓｉａｎ　９８程序　在Ｐｅｎｔｉｕｍ　１Ｖ　１．７Ｇ　计算机上完成．　２结果与讨论　２．１　Ｂ　Ｘ一（Ｘ＝Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）的平衡构型　全优化得到Ｂ　ｘ一（Ｘ＝Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）锥形体的平衡构型都具有ｃ　对称性，底面的纯Ｂ　环形　成一个船型（Ｂ—Ｂ　一Ｂ）构型，其与氮族元素形成六角型假金字塔结构（图１）．从图１可以看出，在３　种计算方法中，两种用ＤＶＩ＇方法所得的几何构型和振动频率等结果较为接近，而ＭＰ２方法的结果稍　微不同．在所研究的Ｂ　ｘ一（Ｘ：Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）原子簇中，较长的ｘ—Ｂ（连在船型Ｂ—Ｂ　一Ｂ的头　或尾）键长在０．２２—０．２８　ｎｎｌ范围之问，较短的ｘ—Ｂ（连在船型Ｂ—Ｂ　一Ｂ的Ｂ　环上）键长在０．１７一　收稿日期：２００６．０８．０６．　基金项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金（批准号：２００６—３３）资助．　联系人简介：龚良发，男，博ｊ　，高级实验师，从事微乳和汁算化学研究Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｎｇｌｉａｎｇｆａ＠ｂｉｐｔ

内蒙古工业大学本科毕业论文

目录

引言 .................................................................................................................. 1

第一章 绪论 ..................................................................................................... 2

1.1 锂原子簇简介..................................................................................... 2

1.2 锂原子簇国内外研究进展 ................................................................. 2

1.3 理论计算介绍..................................................................................... 4

1.3.1 电子结构理论 .......................................................................... 5

1.3.2 密度泛函理论 .......................................................................... 5

1.4软件介绍与计算方法 .......................................................................... 6

1.4.1 软件介绍 .................................................................................. 6

第３Ｏ卷第２期　２００７年６月　辽宁师范大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．　２００７　

文章编号：１０００－１７３５（２００７）０２－０１８４—０４　

Ｃｎ　Ｘ（门＝１～４，Ｘ＝Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ，Ｎ，Ｏ，Ｆ）原子簇的理论研究　

孙仁安　，　王艳丽　，　官文佳ｈ　，　马　琳　

（１．辽宁师范大学化学化工学院。辽宁大连１１６０２９；２．中山大学药学院药物化学研究所，广东广州５１０００６）　

摘　要：采用密度泛函理论Ｂ３ＬＹＰ方法．在６－３１１Ｇ　水平上，首先对纯的Ｃ　（ｎ＝２～５）原子簇的几何构型进行了优　

化和频率计算，得出各原子簇所有可能的稳定构型，并对最稳定构型进行了ＮＢＯ分析．然后。从最稳定构型出发。掺杂　第二周期元素ｘ（ｘ＝Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ，Ｎ，Ｏ。Ｆ）。得到Ｃ　Ｘ原子簇所有可能的稳定构型，并对它们的键长、Ｍｕ！ｌｉｋｅｎ重叠布居　变化率的周期递变规律进行了系统的理论研究．　关键词：密度泛函理论；原子簇；碳原子簇；理论研究　

中图分类号：Ｏ６４１　文献标识码：Ａ　

在前人的工作基础上［】　］，本文用Ｂ３ＬＹＰ／６—３１１Ｇ‘密度泛函方法，首先，对Ｃ　（ｎ一２～５）原子簇优化计算，得到了所　有可能的稳定构型，并进行了ＮＢＯ分析．然后，通过取代或添加的方式，掺杂第二周期元素ｘ（ｘ—Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ，Ｎ，Ｏ，Ｆ），得　到相应的含杂原子的原子簇　Ｘ，进而探讨因杂原子的掺人所引起的有关性质的周期性递变规律，为Ｃ原子簇直至Ｃ纳　米材料的应用提供必要的理论依据．　

１　计算方法　

利用Ｇａｔ，ｓｓｉａｎ９８程序，密度泛函方法，在Ｂ３ＬＹＰ／６－３１ｌＧ　水平上，首先，对纯的Ｃ　（　：２～５）原子簇进行构型优化　和振动频率计算，并对最稳定构型进行ＮＢＯ计算．然后，通过对原子簇Ｃ　－取代或Ｃ　添加的方式，掺杂第二周期元素　ｘ，形成Ｃ　ｘ原子簇，进而优化计算并得到其可能的稳定构型．　

利用ＳＴＭ技术的原子纳米尺度操纵　

Ａｔｏｍ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｉｎ　Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　Ｓｃａｌｅ　

东华大学纤维材料改性国家重点实验室（２０００５１）　吴琪琳　

【摘要】介绍７扫描隧道显微技术（ＳＴＭ）在材料表面进行原子和原子簇的纳米尺度操纵的操　

纵机制和实际的应用。　

关键词扫描隧道显激镜（ＳＴＭ）原子工艺学　纳来尺度　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＳＴＭ，ａｔｏｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｓｃａｌｅ　

纳米技术即在纳米尺度对结构进行表征和操纵　

的技术，是一个十分重要的仍有待深入开发的领域。　

１９８２年Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ和Ｈ．Ｒｏｈｒｅｒ发明的扫描隧道显　

微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，简称　

ＳＴＭ）　］，其水平分辨率达０．Ｏｌｎｍ，垂直分辨率可　

达０．Ｏ０１ｎｍ，使其在纳米尺度探测表面和界面结构　

成为可能。ＳＴＭ最惊人之处是能测量出试样表面上　

的原子结构，因此被广泛地应用于物理学、化学、生　

命科学等领域。在材料科学中，一个最具挑战性的当　

代目标是实现在纳米尺度上操纵原子，而ＳＴＭ通　

过探针针尖和试样表面原子相互的作用使某种表面　

改性可能发生。本文着重介绍了ＳＴＭ在材料表面　

上进行原子和原子簇的纳米尺度操纵新技术　

ｓＴＭ系统　

图１是第１台Ｓ　ＴＭ的示意图。ＳＴＭ是一　

种近场成像仪　图像。　

原子操纵机制　

利用ＳＴＭ进行的原子操纵其操纵机制主要分　

以下４类。　

１．电场蒸发法　

电场蒸发本身是一种电场离子显微镜（ＦＩＭ）技　

术，此技术应用于ＳＴＭ时要求采用金属探针时试　

样表面结构应规范，并应有比金属探针键能低的原　

子存在，反之亦然，目的是为了确保原子易于剥离　

对于淀积或移除原子，针尖和试样之间脉冲式偏压　

将存在一阀值，低于此值，淀积的几率为零。１９９０年　

Ｍａｍｉｎ等人　用金探针的针尖作为金原子的源泉，