论文部分内容阅读
与传统冶金相比,真空冶金具有对环境污染小、流程简单、金属回收率高、设备简单、能耗少等优点。目前铅基合金真空蒸馏过程中产物中Pb与M（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb）存在分离不彻底的问题,且国内外对Pb-M合金微观结构及其性质的研究很少,这在一定程度上制约了真空蒸馏技术的进一步发展。团簇的性质介于原子、分子与宏观物质之间且其具有许多独特的性质,可在一定程度上反映相应合金块体或合金熔体的相关性质。本文主要的研究内容为,采用从头算分子动力学的方法对PbnMn（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb;n=2-12）团簇的基态结构进行了搜索,采用密度泛函理论对PbnMn（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb;n=2-12）团簇的平均结合能、垂直电子电离能、垂直电子亲和势、HOMO-LUMO能隙、平均Mulliken电荷、态密度等进行了系统的理论研究。本论文的主要研究结果如下:（1）从原子层面揭示了PbnMn（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb）团簇的结构演变规律。随着团簇尺寸n的增大,在PbnMn（M=Cu、Ag、Au）团簇中M原子具有聚集在一起且被周围Pb原子所包围的趋势。（2）随着团簇尺寸n的增大,PbnMn（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb）团簇的平均结合能呈递增的趋势。平均结合能趋于稳定的PbnMn（M=Cu、Ag,、Au、Sn和Sb）团簇可用于计算Pb-M合金Wilson或UNIQUAC模型中的相互作用能参数,从而可直接理论预测Pb-M合金体系气-液相平衡相图。（3）随着团簇尺寸n的增大,PbnMn（M=Cu、Ag、Sn）团簇的垂直电子电离能呈递减的趋势而垂直电子亲和势呈递增的趋势。（4）总体上,团簇的HOMO-LUMO能隙呈递减的趋势,表明PbnMn（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb）团簇的化学稳定性在降低。PbnCun（n=4、8和11）团簇为PbnCun（n=2-14）团簇的幻数团簇,PbnAgn（n=4、8和10）团簇为PbnAgn（n=2-12）团簇的幻数团簇,PbnAun（n=4、6和8）团簇为PbnAun（n=2-12）团簇的幻数团簇,PbnSnn（n=3、6、8和11）团簇为PbnSnn（n=2-12）团簇的幻数团簇,PbnSbn（n=5和9）团簇为PbnSbn（n=2-12）团簇的幻数团簇。（5）基于PbnMn（M=Cu、Au、Sn）团簇中Pb原子和M原子的平均Mulliken电荷结果,除Pb10Sn10团簇外,电荷总是由Pb原子向M（M=Cu、Au、Sn）原子转移,Pb原子作为电子的提供者而M原子为电子的接受者。（6）随着团簇尺寸n的增大,PbnMn（M=Cu、Ag、Sn和Sb）团簇的整体态密度有负移的趋势且态密度的连续性越来越好。（7）基于PbnAun（n=4、6和8）团簇对CO和NO分子的吸附性质及其吸附前后体系电导的变化,PbnAun（n=4、6和8）团簇可作为潜在的CO和NO气体感应器。本论文为Pb-M（M=Cu、Ag、Au、Sn和Sb）合金的气-液相平衡相图绘制、真空蒸馏分离以及Pb-M（M=Cu、Ag、Sn和Sb）纳米材料的理论设计提供了理论上的指导。