银铜双金属团簇稳定性、光学和磁性的第一性原理研究

The Ag-Cu bimetallic clusters have a great potential application in the field of photovoltaic, catalysis and magnetic material because of their unique physical and chemical properties. However, at present the structural and electronic stabilities of Ag-Cu bimetallic clusters remains controversial, and their optical, magnetic properties and their mechanisms are not clear, so that they cannot be applied in real life and production. With the development of computer and the first principle, the theoretical predictions of the structures and properties of Ag-Cu bimetallic clusters become possible. In this project, the structural and electronic stabilities, vibrational spectroscopy and Raman spectroscopy, and magnetic properties of Ag-Cu clusters are investigated using the density functional theory, as the same time, their optical absoptions are investigated by the time-dependent density functional theory and symmetry–adapted cluster theory with configuration interaction. The basic mechanism of Ag-Cu bimetallic clusters become more clear with analysingthe relations between their optical and magnetic properties and their atomic ratio, geometric and electronic structures. These results provide the theoretical guarantee in determining their sizes, compositions and structures in experiments and practical application. These research results can be applied in optical devices, photovoltaic devices, optoelectronic devices and magnetic materials.

Ag-Cu双金属团簇因其独特的物理化学性质，在光伏、磁性和催化等材料领域具有很大的潜在应用价值。但是目前Ag-Cu双金属团簇的结构和电子稳定性仍然存在争议，它们的光学和磁学性能以及它们产生的机理尚不清楚，以致于它们不能被应用到实际生活和生产中。随着计算机的发展和第一性原理的发展，理论上预测Ag-Cu双金属团簇的结构和性能成为可能。本项目利用密度泛函理论研究Ag-Cu团簇的结构和电子稳定性、红外光谱和拉曼光谱和磁学性能，同时利用含时密度泛函理论和对称性匹配簇/组态相互作用研究Ag-Cu团簇的光学吸收性能。通过分析Ag-Cu双金属团簇的原子比、几何结构以及电子结构与光学和磁学性能的之间的关系，使得人们对Ag-Cu双金属团簇基本规律的认知变得更为明晰。这些将为实验中确定它们的尺寸、成分和结构等提供理论依据和实际应用中提供保障。该研究成果可应用在光学器件、光伏器件、光电器件和磁性材料中。

Ag-Cu双金属团簇因其独特的物理化学性质，在光伏、磁性和催化等材料领域具有很大的潜在应用价值。但是目前Ag-Cu双金属团簇的结构和电子稳定性仍然存在争议，它们的光学和磁学性能以及它们产生的机理尚不清楚，以致于它们不能被应用到实际生活和生产中。本项目利用密度泛函理论研究Ag-Cu团簇的结构和电子稳定性、红外光谱和拉曼光谱和磁学性能，同时利用含时密度泛函理论和对称性匹配簇/组态相互作用研究Ag-Cu团簇的光学吸收性能。通过分析Ag-Cu双金属团簇的原子比、几何结构以及电子结构与光学和磁学性能的之间的关系，使得人们对Ag-Cu双金属团簇基本规律的认知变得更为明晰。研究结果表明：(1)3-6原子Ag-Cu团簇的态结构是平面结构，3原子和6原子是三角形，4原子是菱形，5原子是梯形，Ag2Cu2，Ag2Cu3和Ag3Cu3团簇分别是4原子、5原子和6原子Ag-Cu团簇中最稳定的团簇；Ag9、Ag8Cu1、Ag7Cu2、Ag2Cu7和Ag1Cu8团簇的最低能量结构都是由两个五面体和一个四面体组成，Cu9团簇的最低能量结构为四个四面体覆盖一个六面体，9原子中其余团簇的形状与纯Ag9和Cu9团簇不同；Ag5Cu4和Ag2Cu7团簇是9原子Ag-Cu团簇中最稳定的团簇，Ag5Cu4团簇具有最高的电子稳定性；当Ag原子和Cu原子等量时，二十面体核心尤为重要，大多数具有二十面体核的Ag–Cu团簇具有较高的稳定性，Ag8Cu8团簇的混合度最高，Ag10Cu10团簇具有较高的能量和电子稳定性。（2）3-6原子Ag-Cu团簇中，偶数个原子的团簇没有磁矩，而奇数个原子的团簇具有1.00μB磁矩，这些磁性与原子位置也有关。Cu16-II团簇是个例外，也具有磁性。（3）Ag-Cu金属簇的吸收峰、拉曼峰和振动峰给出了一些重要的振动信息。通过Ag-Cu团簇吸收、拉曼和红外光谱确定它们的结构和成分。较小原子数目的Ag-Cu团簇吸收光谱主要发生了蓝移（相对于纯Ag团簇），较大原子数目的Ag-Cu团簇吸收光谱主要发生红移（相对于纯Ag团簇）。贵金属团簇在光伏和催化领域的应用是一项非常重要的研究。