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贵金属团簇由于其特殊光学、电子学和催化性能而在生物学、医学、光学、催化和纳米学等领域引起了广泛的兴趣。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对贵金属金、铜及其混合团簇的结构与光学性质开展了有效的理论研究。本文为实验提供理论支持,填补国内外相关领域的空白,因而是非常有意义的工作。
利用遗传算法软件USPEX分别结合经验势和赝势的第一性原理软件对贵金属团簇结构进行预测。结果表明赝势法考虑了贵金属的相对论效应,得出原子数十以内的金及其掺铜团簇的结构都为二维平面结构,而铜及其掺金团簇的立体转变点为7,相对于Sutton-Chen经验势所得的立体结构结果更准确。
利用Gaussian09软件基于含时密度泛函理论,在B3LYP/LanL2DZ水平上对赝势法的结构预测结果进行光学性质计算。结果表明平面结构的团簇极化率随原子数增加呈现奇偶振荡性,而掺杂原子的引入会降低团簇的极化率。原子数较低时,计算获得的激发能量与共振强度能与实验值有良好的匹配,表明高斯采用的B3LYP-TDDFT理论在一定程度上能够解释贵金属小团簇的光学行为,并且相比其他理论方法有更好的表现。
进一步分析d电子对团簇激发的贡献后发现,d电子屏蔽在贵金属团簇吸收光谱中的主要影响是降低共振强度。d轨道成分是团簇的光激发中的主要贡献者,但d电子的屏蔽作用并不会直接导致在激发中d轨道贡献的提升。