中大尺度原子、分子團簇電子和幾何結構的理論研究

《中大尺度原子、分子團簇電子和幾何結構的理論研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由黃偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中大尺度原子、分子團簇電子和幾何結構的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃偉
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

原子團簇和分子團簇是介於單個原子和凝聚態之間的存在形式，是新型納米材料合成，納米催化機理研究的基礎。原子團簇的研究對於新型化學鍵如金屬原子之間6重化學鍵的研究具有重要的意義。分子團簇如水分子團簇的研究對於大氣化學和環境化學中化學反應機理的研究至關重要。由於實驗和理論條件的研製，目前世界上原子團簇和分子團簇研究絕大多數集中在20個原子以下的團簇研究。本研究將在已有的各種Global Mimimum Search算法基礎上，發展新的並行高效算法，結合Density Functional Theory (DFT)，建立一套高效的DFT-Global Mimum Search 並行算法，並在大型和超大型並行計算機上實現一套並行程式；利用本算法和程式重點研究中到大型原子、分子團簇（20-100個原子）的電子和幾何結構, 獲得中大型金原子團簇和水分子團簇的電子和幾何結構，並對它們的化學鍵進行分析。

結題摘要

本項目的主要研究目標為：發展高效Global Minimum Search 算法，結合多種量子化學軟體包，建立一套適於中大尺度團簇的高效並行密度泛函理論（DFT，Density Function Theory）-Global Minimum Search 算法，根據研究體系勢能面具有高維特性，並結合已有算法的優點，完成了Basin-Hopping和遺傳算法的編寫和測試工作，並運用於相關的純Au，摻雜Au和純水分子團簇體系中，計算結果表明我們改進的算法相比於傳統算法具有高效性。項目組通過三年的努力工作，完成了本項目的主要研究任務：編寫了並行的Basin-Hopping和遺傳算法並與相關的量化軟體（如ADF，NWChem，DMol3 和Gaussian等）進行了無縫連結。對新改進的並行最佳化算法進行了相關的測試，發現我們的程式不僅能夠完全重複已發表文章中的結構信息而且還能夠找到一些文章中沒有的低能結構信息，表明我們的算法具有高效並行和全域搜尋特性，本算法的成功編寫能夠有效地研究含有30～50個原子和分子的團簇體系，為納米和催化材料的設計和研究提供了理論工具。