金原子簇的結構和性質的理論研究

《金原子簇的結構和性質的理論研究》是依託清華大學，由王溢磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金原子簇的結構和性質的理論研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王溢磊
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

納米金因具有優異的催化活性和特殊的選擇性而成為物理、化學、材料等眾多研究領域關注的熱點。納米金催化的實驗研究已有豐富的報導，但其催化活性的本質和催化反應的機理仍有待深入研究。我們擬採用計算化學方法，從金原子簇入手，研究納米金的催化機理。我們擬採用改進的最小能量結構搜尋方案產生備選結構,試用快速的密度泛函程式初步最佳化大量的初始構型，選取恰當泛函作精度更高的密度泛函計算，並採用包含高級電子相關的高精度的從頭算結果做參比。在此基礎上用平面波密度泛函理論（DFT）方法模擬尺寸較大的實際體系，將理論結果與實驗相互驗證，研究金原子簇的幾何構型、電子結構、成鍵性質以及與CO、O2等小分子的相互作用，揭示納米金的催化機理，為實驗設計和改進金催化劑提供理論基礎。

結題摘要

納米金因具有優異的催化活性和特殊的選擇性而成為物理、化學、材料等眾多領域的研究熱點。納米金催化的實驗研究已有豐富的報導，但其催化活性的本質和催化反應的機理仍有待深入研究。我們採用計算化學方法，研究金化合物和金原子簇的結構、性質和成鍵，為納米金的催化機理研究提供理論依據。本項目取得的主要研究成果有： 研究了多種金化合物（AuH2和AuH2-，金炔基化合物，Au(SCH3)2-和Au2(SCH3)3-，線性AuX2-配合物，AuO2）的幾何結構和電子結構，分析了成鍵性質。由於金的相對論效應，其參與的化學鍵往往具有一定強度的共價性。這是金催化反應的化學基礎。 研究了小的金原子團簇的成鍵作用，發現其平面結構的主要成因是金的顯著的相對論效應。研究了具有最小催化活性的金原子團簇Au8的結構和性質，發現Au8-具有兩個能量相近的共存的結構；研究了摻雜其他金屬原子的MAu9-（M=Fe, Co, Ni, Zn）團簇，發現其與Au10-具有相同的正三角形結構，M原子處於中心位置。研究了負載型金原子簇的催化機理，發現納米金粒子的電荷狀態受其所處的化學環境強烈地影響，在整個催化循環過程中納米金團簇起著電荷儲蓄庫的作用。對金原子簇的研究，將有助於理解納米金的催化機理。 完善了全局最最佳化程式TGMin，獲得計算機軟體著作權登記證書。該程式能快速、有效地搜尋團簇的最穩定構型，從而為金原子簇的研究奠定基礎。