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二聚体、三聚体和四聚体是比较微小的团簇,对它们的电子结构、光谱参数和稳定性能的研究将有助于了解原子逐步演化成较大团簇的规律。目前在团簇科学中,对微小团簇的研究是一个热点,尤其是团簇的结构随着其原子数目(尺寸)变化的规律。本文中使用了Gaussian计算软件研究了由Al、Fe、Zr和Ce四个原子所构成的单质和多元的二聚体、三聚体和四聚体体系。
第一,使用了B3LTP杂化密度泛函的方法研究了Al、Fe、Zr和Ce构成的二聚体基态下的光谱参数(键长、谐振频率和结合能)和能隙。本文中的计算结果和已有的实验值及其它的理论值符合得很好。计算结果表明,在所研究的二聚体中,Fe2的键长是最短的,结合能最小,频率最大。
第二,使用了B3LYP方法计算由Al、Fe、Zr和Ce构成的三聚体基态下的光谱参数(键长、谐振频率和结合能)、电子结构、能隙、解离方式以及相应的解离能。通过和其它理论值进行比较,本文的结果是合理的。计算结果表明所有的三聚体的基态结构是三角形;单质三聚体按照方式X3→x2+X解离;X2Y(Al2Fe、Al2Zr、Al2Ce、Fe2Zr、Fe2Ce、Zr2Ce)二元三聚体解离能最低的方式是X2Y→XY+X,而XY2(AlZr2、AlCe2、FeZr2、FeCe2、ZrCe2)三聚体以方式XY2→Y2+X为最佳解离方式(除AlFe2);对于三元三聚体AlFeX(X=Zr,Ce)和ZrCeY(Y=Al,Fe),它们分别按照形式AlFeX→AlFe+X和ZrCeY→ZrCe+Y解离。对于所有的三聚体,解离能最高的方式是解离成三个单原子。
第三,使用杂化密度泛函的B3LNP方法计算由Al、Fe、Zr和Ce构成的四聚体基态下的光谱参数、电子结构和稳定性。本文计算结果和其它理论值符合的比较好。计算结果表明,除了Al4、Al2Ce2和Fe3Ce的基态结构是平面四边形外,其它四聚体的基态均是四面体结构:对于单质四聚体,Al4和Fe4按照X4→X3+X方式解离,而Zr4和Ce4能量最低的解离方式为X4→X2+X2;X3Y(Al3Fe、Al3Zr、Al3Ce、Fe3Zr、Fe3Ce、Zr3Ce)二元四聚体都以形式X3Y→X2Y+X解离,X2Y2四聚体(除Al2Fe2)最佳的解离方式却为X2Y2→XY2+X;XY3(X=Al,Fe;Y=Zr,Ce)团簇按照XY3→Y3+X的方式解离(除AlFe3和ZrCe3);对于四元四聚体,它解离能最低的方式为AlFeZrCe→AlFe＋ZrCe。对于上述所有四聚体,它们最不容易的解离的方式都是解离成四个单原子。