金铂团簇电子结构及磁学性质研究文献综述

文献综述

（一）课题研究的现状及发展趋势

近年来，过渡金属簇由于其独特的电子，磁性和催化性质而引起了人们的广泛关注。纯铂团簇一直是人们关注的焦点，主要是因为它们在汽车工业中的催化剂，燃料电池以及它们可能在磁数据存储中的作用[3-5]。然而，纯铂催化剂价格昂贵，不稳定且对硫敏感[6]。因此，Pt基催化剂因其具有高催化活性，稳定性和选择性而备受期望。最近，双金属团簇已经广泛存在，主要是因为掺有杂质的纯金属经常表现出来比本征金属更佳的应用性能。提出用钌，钼和钯合金改进的铂催化剂对一氧化碳和氧气催化氧化很高效。在铂基双金属催化剂中，铂 - 金纳米颗粒已经被积极地追求，以适应在材料科学，固体化学，微电子学，生物学和纳米技术中的潜在应用以及所期望的结构，其包括电子，磁性，光学和化学性质[10-12]。在过去的二十年中，铂金双金属团簇的电子和结构性质受到基本和实际利益的驱动，并通过密度泛函理论计算进行研究[10-12]。尤其是Chandle等人 报道了由Pt2Au4·CBCBu8双金属分子前体制备的负载双金属PtAu催化剂对己烷的分解表现出高活性[15]。铂金双金属簇对CO氧化具有高活性。发现具有预吸附CO分子的铂 - 金双金属簇具有高活性和高硫选择性。Kuang等人研究了铂掺杂金团簇Aun-1Pt(n = 1–12),的几何，电子和键合性质。然而，他们没有系统的研究涉及含有两个铂原子的铂 - 金双金属簇[11]。

本课题利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，系统研究了小双金属团簇Aun-1Pt;Aun-2Pt2 (n = 2–9)。我们发现所有簇的基态结构都处于低自旋态和平面结构。铂原子倾向于占据最高度协调的位置。由于具有较高的相对稳定性，Au6Pt和Au4Pt2团簇有封闭的电子壳层，遵循了球形胶质模型，表明它们应该是幻数簇。所有这些发现都阐明了材料结构对其性质的影响。预计我们的研究可以可能为未来的实验研究提供有用的指导。

（二）研究方法

根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一性原理。第一性原理包括基于密度泛函理论的从头计算和基于Hartree-Fock自洽计算的从头算,前者以电子密度作为基本变量（霍亨伯格-科洪定理）,通过求解Kohn-Sham方程,迭代自洽，得到体系的基态电子密度,然后求体系的基态性质；后者则通过自洽求解Hartree-Fock方程,获得体系的波函数,然后求得基态性质。

密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理和计算化学领域最常用的方法之一。电子结构理论的经典方法，特别是Hartree-Fock方法和后Hartree-Fock方法，是基于复杂的多电子波函数的。密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函数作为研究的基本量。因为多电子波函数有 3N 个变量（N 为电子数，每个电子包含三个空间变量），而电子密度仅是三个变量的函数，无论在概念上还是实际上都更方便处理。

本课题就是利用通过多目标差分演化的方法(IM2ODE)反向设计材料，全局寻找金铂团簇最为稳定的结构配置。采用基于密度泛函理论结合非平衡态格林函数的第一性原理方法对金铂团簇的物理与化学性质进行研究。

（三）本课题研究的意义和价值