Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ CLUSTER SILICON PHA TẠP KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC TÍNH TOÁN
Ngành:
HOÁ VÔ CƠ
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ CLUSTER SILICON PHA TẠP KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC TÍNH TOÁN" khảo sát các tính chất cấu trúc và điện tử của nhiều dãy cluster silicon pha tạp kim loại (Sc, Fe, Li, Na, K, Cr, Cu, Ti, V, Mn, Co, Ni, Zn) sử dụng phương pháp hóa học tính toán phiếm hàm mật độ B3P86 với bộ hàm cơ sở 6-311+G(d). Mục tiêu chính là xác định các đồng phân bền nhất, tìm ra quy luật hình thành và phát triển cấu trúc, phân tích ảnh hưởng của điện tích đến sự hình thành cluster và làm rõ bản chất liên kết hóa học.
Các kết quả cho thấy các nguyên tố kim loại chuyển tiếp, đặc biệt là Sc, Ti và V, có khả năng tạo cluster silicon ổn định vượt trội so với các kim loại kiềm. Cụ thể, các cluster silicon pha tạp titanium thể hiện độ bền đặc biệt cao, mở ra hướng nghiên cứu tiềm năng cho các ứng dụng vật liệu mới.
Nghiên cứu cũng đưa ra các quy luật về sự phụ thuộc của cluster vào kích thước và điện tích ion. Các cluster nhỏ thường có cấu trúc hở, trong khi cấu trúc lồng bắt đầu xuất hiện ở một kích thước nhất định, phụ thuộc vào bản chất nguyên tử pha tạp và điện tích. Tổng số electron hóa trị lớn hơn (anion > trung hòa > cation) thúc đẩy sự hình thành cấu trúc lồng sớm hơn. Cấu trúc hình học của cluster trung hòa và anion thường tương tự nhau, nhưng khác biệt đáng kể so với cluster cation. Việc bứt electron ra khỏi cluster đôi khi làm tăng độ bền do tái cấu trúc. Các cluster anion có năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO thấp hơn đáng kể so với cluster trung hòa và cation, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong vật liệu xúc tác quang.
Về liên kết hóa học, các liên kết Si-Si và Si-M trong cluster pha tạp nhỏ có cả bản chất liên kết sigma và pi. Mật độ điện tích của các nguyên tử không chỉ phụ thuộc vào độ âm điện mà còn vào sự chuyển điện tích tổng thể trong toàn bộ cấu trúc. Giản đồ MO và cấu hình electron của các cluster bền nhất đã được xây dựng để làm rõ hơn bản chất liên kết, độ bền và tính chất của chúng.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của luận án
- 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- 1.1. Khái quát về cluster
- 1.1.1. Định nghĩa
- 1.1.2. Một số hướng nghiên cứu cluster nổi bật
- 1.2. Cluster silicon thuần khiết
- 1.2.1. Các cấu trúc Sin thuần khiết đã được tổng hợp từ thực nghiệm
- 1.2.2. Cluster silicon thuần khiết
- 1.3. Cluster silicon pha tạp
- 1.3.1. Cluster silicon pha tạp một nguyên tử kim loại chuyển tiếp
- 1.3.2. Cluster silicon pha tạp nhiều nguyên tử kim loại chuyển tiếp
- 1.4. Giá trị các công trình thế giới đã công bố và định hướng nghiên cứu
- CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- 2.1. Phương pháp gần đúng orbital phân tử (MO)
- 2.1.1. Phương pháp Hartree-Fock (HF)
- 2.1.2. Phương pháp nhiễu loạn Moller – Plesset(MP2)
- 2.1.3. Phương pháp tương tác cấu hình (CI)
- 2.1.4. Phương pháp chùm tương tác (CC)
- 2.2. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT)
- 2.2.1. Mô hình Thomas – Fermi
- 2.2.2. Các định lý Hohenberg-Kohn
- 2.2.3. Phương pháp Kohn-Sham
- 2.2.4. Một số phiếm hàm trao đổi
- 2.2.5. Một số phiếm hàm tương quan
- 2.2.6. Một số phương pháp DFT thường dùng
- 2.2.6.1. Các phương pháp DFT thuần khiết
- 2.2.6.2. Các phương pháp DFT hỗn hợp
- 2.2.7. Phương pháp B3P86
- 2.3. Phương pháp NBO
- 2.3.1. Orbital thích hợp NO, orbital nguyên tử thích hợp NAO và orbital liên kết thích hợp NBO
- 2.3.2. Thuyết cộng hưởng NRT
- 2.4. Quy trình nghiên cứu
- 2.4.1. Phương pháp tính hóa học lượng tử
- 2.4.2. Phương pháp xác định cấu trúc electron
- 2.4.3. Xác định các thông số năng lượng
- 2.4.4. Phần mềm tính toán
- 2.4.5. Các bước thực hiện tính toán và nghiên cứu hệ cluster
- CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 3.1. Cluster silicon pha tạp một nguyên tử kim loại
- 3.1.1. Dãy cluster SinSc-/0/+ (n = 2 - 11)
- 3.1.1.1. Đồng phân bền của các cluster
- 3.1.1.2. Quy luật hình thành và phát triển cấu trúc
- 3.1.1.3. Ảnh hưởng của điện tích tới cấu trúc của cluster silicon pha tạp scandium
- 3.1.1.4. Tính chất của cluster
- 3.1.1.5. Sự chuyển điện tích và phân bố electron của cluster
- 3.1.1.6. Liên kết hóa học trong một số cluster nhỏ
- 3.1.2. Dãy cluster SinFe/0/+ (n = 8-12)
- 3.1.2.1. Đồng phân bền của các cluster SinFe0/+/-
- 3.1.2.2. Quy luật hình thành và phát triển cấu trúc
- 3.1.2.3. Tính chất cluster
- 3.1.3. Dãy cluster Si2M (M = Li, Na, K, Cr, Cu)
- 3.1.3.1. Cấu trúc hình học bền và trạng thái electron
- 3.1.3.2. Độ bền cluster
- 3.1.3.3. Liên kết hóa học của cluster
- 3.1.4. Dãy cluster Si3M (M = Sc-Zn)
- 3.1.4.1. Cấu trúc hình học bền và trạng thái electron
- 3.1.4.2. Độ bền cluster
- 3.1.4.3. Liên kết hóa học của cluster
- 3.2. Cluster silicon pha tạp hai nguyên tử kim loại giống nhau
- 3.2.1. Dãy cluster SinTi2 (n=1-8)
- 3.2.1.1. Cấu trúc hình học bền
- 3.2.1.2. Quy luật hình thành và phát triển cấu trúc của SinTi2
- 3.2.1.3. Độ bền cluster
- 3.2.2. Dãy cluster Si2M2 (M = Sc-Zn)
- 3.2.2.1. Cấu trúc hình học bền và trạng thái electron
- 3.2.2.2. Độ bền cluster
- 3.2.2.3. Liên kết hóa học của cluster
- 3.2.3. Dãy cluster Si3M2 (M = Sc-Zn)
- 3.2.3.1. Cấu trúc hình học bền và trạng thái electron
- 3.2.3.2. Độ bền cluster
- 3.2.3.3. Liên kết hóa học của cluster
- 3.3. Cluster Si pha tạp hai nguyên tử kim loại khác nhau
- 3.3.1. Cấu trúc hình học bền và trạng thái electron của SinScTi0/+/-
- 3.3.2. Quy luật hình thành và phát triển cấu trúc
- 3.3.3. Độ bền cluster
- 3.3.4. Năng lượng ion hóa và ái lực electron
- 3.3.5. Liên kết hóa học của cluster
- KẾT LUẬN
- 1. Sự phụ thuộc của cluster silicon pha tạp nguyên tử kim loại vào nguyên tử pha tạp:
- 2. Sự phụ thuộc của cluster silicon pha tạp nguyên tử kim loại vào kích thước:
- 3. Sự phụ thuộc của cluster silicon pha tạp nguyên tử kim loại vào điện tích ion:
- 4. Liên kết cluster silicon pha tạp nguyên tử kim loại:
- NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN