《新概念超原子的理論研究》是依託吉林大學，由吳迪擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新概念超原子的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳迪
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擬從理論上研究納米級、亞納米級超原子團簇，尋找有特色的新概念超原子體系：理論探索新型磁性超原子；與某些貴金屬、過渡金屬等類似的超金屬原子；具有更低離子化能的超級鹼金屬(hyperalkali)和更高電子親和勢的超級鹵素(hyperhalogen)等。以研究此類超原子的電子結構、化學反應特點、催化特性、磁性等性質為出發點，理論設計新概念的超原子，拓展三維元素周期表。以具有特殊性質的超原子團簇作為基本結構單元，去組裝具有套用前景的新型超原子複合物，研究體系的組成、作用方式、尺度等與其性質間的關係，為新分子器件設計、新納米材料開發提供新途徑。
結題摘要
新概念超原子的理論研究工作聚焦在設計系列新型的團簇體系—“超原子”，研究其電子結構、反應特性、複合物的結構與性質等。超原子是一種特殊的團簇體系，性質類似原子，其重要分支是超鹼金屬與超鹵素。具有比鹼金屬原子更低離子化能的超鹼金屬(Superalkali)，可以用於合成新的電子轉移的鹽類，在化學反應中可以作為非常強的還原劑，項目組在超鹼金屬方面進行了系列的研究，通過總結超原子殼層的特點，及摻雜原子對團簇結構及性質的影響，設計了多種新型超鹼金屬。我們從單核超鹼金屬的研究開始，過渡到研究雙核超鹼金屬，進而研究以集團為中心的多核超鹼金屬，總結了設計超鹼金屬的基本規律。超鹼金屬研究的重要的研究進展之一，是根據超原子團簇特殊的電子結構特點，創新性地提出以鹵化來降低超鹼土金屬陽離子體系電子親和勢的新方法，並得到了一種新類型的超鹼金屬陽離子，通過類比研究發現，這種方法並不適用於原子維度，體現出超原子團簇的獨特性質；超鹼金屬研究的重要的研究進展之二，“設計芳香超原子，套用具有芳香性的團簇為核設計了一系列的芳香超鹼金屬陽離子，首次提出了芳香性超原子的概念，這些工作豐富了“超鹼金屬家族”；超鹵素(superhalogen)是一類具有高電子親和勢的分子，可以作為新型氧化劑，生物催化劑或用於建構非傳統型鹽類，從而在化工產業中起重要作用。進一步使用超鹵素作為配體，可設計得到飈鹵素(hyperhalogen)分子，其電子親和勢甚至高於其超鹵素配體，本課題組使用穩定的N5−芳香分子作為配體，設計了一系列新型飈鹵素陰離子，此類體系有良好的穩定性，並且是高氮複合物。基於團簇的殼層模型，從理論上首次提出了一種具有類氧族性質的新型超原子，即Al12Be團簇。結果表明，Al12Be的最低能量結構是一個緊湊的類二十面體結構。從多個方面論證了Al12Be的類氧特徵，為具有可控性質的團簇組裝材料設計與合成提供新的構築單元。同時項目組在超原子複合物體系的結構與性質方面也進行了系列的研究，例如超鹼金屬與有機配體形成的複合物，超鹵素與內嵌金屬富勒烯形成的離子型複合物，超鹼金屬與NH3分子形成複合物的結構與性質等。特別是對此類體系的非線性光學性質進行了理論預測，為設計新型非線性光學分子提供了理論參考。同時在項目的支持下，本課題組設計了團簇結構搜尋的程式，在團簇結構預測，團簇的化學反應等方面起到重要作用。
