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摘 要

在CCSD(T)/[6-311 G(d)/LanL2DZ]//B3LYP/[6-311 G(d)/LanL2DZ]水平下对B₃Pt₂和B₄Pt₂团簇的结构、芳香性和稳定性进行了研究。通过计算获得了B₃Pt₂和B₄Pt₂团簇的最稳定结构。基于价分子轨道(VMO)、电子定域函数(ELF)、适应性自然密度分割(ADNDP)和核独立化学位移(NICS)共同分析芳香性可知，只有B₄Pt₂团簇的第三低能异构体具有σ和π芳香性。在CCSD(T)/[6-311 G(d)/LanL2DZ]//B3LYP/[6-311 G(d)/LanL2DZ]水平下，预测了B₃Pt₂团簇的异构体在动力学上的稳定性。

关键词：硼铂团簇 几何结构芳香性 稳定性 密度泛函理论

A Theoretical Study on Structures, Bonding Properties and Stabilities of B₃Pt₂ and B₄Pt₂ Clusters

Abstract

The geometrical structures and stabilities of possible isomers for B₃Pt₂ and B₄Pt₂ clusters were investigated at the CCSD(T)/[6-311 G(d)/LanL2DZ]//B3LYP/ [6-311 G(d)/LanL2DZ] level. The lowest-energy isomers for B₃Pt₂ and B₄Pt₂ are located. The third lower-energy isomer of B₄Pt₂ cluster exhibits σ and π doubly aromatic based on the valence molecular orbital (VMO), electron localization function (ELF), adaptive natural density partitioning (AdNDP), and nucleus-independent chemical shift (NICS) analyses. Furthermore, the kinetical stability of B₃Pt₂ isomers is predicted at the CCSD(T)/[6-311 G(d)/LanL2DZ]// B3LYP/ [6-311 G(d)/LanL2DZ] level.

Keywords: Boron platinum cluster; Geometry; Aromaticity; Stability; DFT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 团簇的概念 1

1.2 团簇的分类 2

1.3 团簇的性质.........................................................................................................................2

1.3.1尺寸效应.....................................................................................................2

1.3.2.表面效应....................................................................................................3

1.4 本论文研究背景 3

1.5 金属硼团簇的研究进展 3

1.6 团簇的研究意义 4

第二章 计算方法 6

第三章 结果与讨论 7

3.1 平衡结构 7

3.2 成键特征和芳香性 8

3.3 异构化 11

第四章 结论 15

参考文献 16

致 谢 18

第一章 绪论

原子世界和宏观世界一直是科学界极为重视的两大研究领域。近年来由原子向大块宏观物质的过渡状态，特别是原子团簇，以其特殊的几何结构和奇特的物理化学性质以及潜在的应用前景，已成为国际上最热门的研究对象之一。由于团簇的大小介于分子和晶体之间，其性质可以认为是随原子数目的增多而逐渐由微观向宏观体系过渡。团簇科学是原子分子物理与光物理、纳米材料与纳米电子学的交叉领域。团簇的研究不仅为原子分子物理学、凝聚态物理、表面界面物理、配位化学开辟了全新的领域，而且还涉及到反应动力学、环境化学、大气科学和天体物理，是物理和化学两大学科之间的一个新的生长点，涉及许多未知的过程和新奇的现象。随着纳米材料技术的广泛应用与深入发展，金属团簇以其十分重要的应用价值，受到研究者的普遍关注。研究团簇的形成、结构和性质及其演变过程，可以在原子分子物理与凝聚态物理之间架起一座桥梁，而且将促进理论物理、计算物理和量子力学的发展。

1.1 团簇的概念

团簇(Cluster)这一名词最初是 Cotton 在1966年提出的，并且认为团簇是具有金属−金属键的多核化合物^[1]。原子分子团簇，简称团簇，是由几个乃至数千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体^[2]。其物理和化学性质既不同于单个原子分子，又不同于固体或液体，也不能用两者性质作简单线性外延和内插得到，而是随所包含的原子数目而变化。因此，人们把团簇看作是介于原子分子和宏观固体之间物质结构的新层次，有人称之为物质的“第五态”^[3]。团簇可以看作是各种物质由原子分子向大块物质转变的中间过渡态，或者说是代表了凝聚态物质的初始状态。研究团簇的形成、结构和性质，不仅对原子分子物理与凝聚态物理之间的过渡具有桥梁作用，而且对于发展原子间、分子间相互作用的理论，对于材料科学、表面科学、催化反应动力学以及环境科学等都具有重要意义^[4-8]。我国的徐光宪教授把团簇定义为“以三个或三个以上的有限原子直接键合组成多面体或确定多面体骨架为特征的分子或离子”^[9]，并且按照团簇所含元素性质的差异，将数目众多的团簇划分成过渡金属原子簇、主族原子簇、纯金属团簇等。如按照团簇中所含的元素种类分，又可分为单质团簇、二元团簇、多元团簇等。另一种狭义的团簇定义，是指尺寸小于1nm的原子聚集体，而将尺度在1 nm-100nm的体系定义为纳米体系^[10]。

1.2 团簇的分类

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