金原子簇的结构和性质的理论研究

纳米金因具有优异的催化活性和特殊的选择性而成为物理、化学、材料等众多研究领域关注的热点。纳米金催化的实验研究已有丰富的报道，但其催化活性的本质和催化反应的机理仍有待深入研究。我们拟采用计算化学方法，从金原子簇入手，研究纳米金的催化机理。我们拟采用改进的最小能量结构搜索方案产生备选结构,试用快速的密度泛函程序初步优化大量的初始构型，选取恰当泛函作精度更高的密度泛函计算，并采用包含高级电子相关的高精度的从头算结果做参比。在此基础上用平面波密度泛函理论（DFT）方法模拟尺寸较大的实际体系，将理论结果与实验相互验证，研究金原子簇的几何构型、电子结构、成键性质以及与CO、O2等小分子的相互作用，揭示纳米金的催化机理，为实验设计和改进金催化剂提供理论基础。

纳米金因具有优异的催化活性和特殊的选择性而成为物理、化学、材料等众多领域的研究热点。纳米金催化的实验研究已有丰富的报道，但其催化活性的本质和催化反应的机理仍有待深入研究。我们采用计算化学方法，研究金化合物和金原子簇的结构、性质和成键，为纳米金的催化机理研究提供理论依据。本项目取得的主要研究成果有：.研究了多种金化合物（AuH2和AuH2-，金炔基化合物，Au(SCH3)2-和Au2(SCH3)3-，线性AuX2-配合物，AuO2）的几何结构和电子结构，分析了成键性质。由于金的相对论效应，其参与的化学键往往具有一定强度的共价性。这是金催化反应的化学基础。.研究了小的金原子团簇的成键作用，发现其平面结构的主要成因是金的显著的相对论效应。研究了具有最小催化活性的金原子团簇Au8的结构和性质，发现Au8-具有两个能量相近的共存的结构；研究了掺杂其他金属原子的MAu9-（M=Fe, Co, Ni, Zn）团簇，发现其与Au10-具有相同的正三角形结构，M原子处于中心位置。研究了负载型金原子簇的催化机理，发现纳米金粒子的电荷状态受其所处的化学环境强烈地影响，在整个催化循环过程中纳米金团簇起着电荷储蓄库的作用。对金原子簇的研究，将有助于理解纳米金的催化机理。.完善了全局最优化程序TGMin，获得计算机软件著作权登记证书。该程序能快速、有效地搜索团簇的最稳定构型，从而为金原子簇的研究奠定基础。