(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu cấu trúc và tính chất cluster ge pha tạp hai nguyên tử cr ở trạng thái trung hòa và ion

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THANH NGUYÊN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CLUSTER Ge PHA TẠP HAI NGUYÊN TỬ Cr Ở TRẠNG THÁI TRUNG HÒA VÀ ION h LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Bình Định – Năm 2020 BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THANH NGUYÊN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CLUSTER Ge PHA TẠP HAI NGUYÊN TỬ Cr Ở h TRẠNG THÁI TRUNG HỊA VÀ ION Chun ngành : Hóa vơ Mã số : 8440113 Người hướng dẫn: PGS.TS VŨ THỊ NGÂN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn thực Các số liệu kết sử dụng luận văn trung thực chưa công bố công trình khoa học khác Học viên Trần Thanh Nguyên h LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo Khoa Khoa học tự nhiên, Phịng Đào tạo Sau Đại học Phịng Thí nghiệm hóa tính tốn Mơ -Trường Đại học Quy Nhơn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Vũ Thị Ngân, nhiệt tình hướng dẫn, bảo động viên em suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Tiến Trung, Thầy Nguyễn Ngọc Trí, NCS Phan Đặng Cẩm Tú anh, chị, em Phịng Thí nghiệm Hóa học tính tốn Mơ (LLCM), Trường Đại học Quy Nhơn luôn giúp đỡ, bảo đóng góp ý kiến để tơi hoàn thành tốt h luận văn Và cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè bên cạnh giúp đỡ động viên em suốt q trình hồn thành luận văn Bình Định, ngày 18 tháng 09 năm 2020 Tác giả Trần Thanh Nguyên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tổng quan tài liệu tình hình nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu h Cấu trúc luận văn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài NỢI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HĨA HỌC TÍNH TỐN 1.1 Phương trình Schrưdinger 1.2 Toán tử Hamilton 1.3 Hàm sóng hệ nhiều electron 10 1.4 Cấu hình electron hàm sở 12 1.4.1 Cấu hình electron 12 1.4.2 Bộ hàm sở 13 1.5 Phương pháp gần hoá học lượng tử dựa Hartree-Fock 16 1.5.1 Phương pháp Hartree-Fock 16 1.5.2 Các phương pháp bán kinh nghiệm 18 1.5.3 Các phương pháp Post-HF 18 1.6 Phương pháp phiếm hàm mật độ 18 1.6.1 Mơ hình Thomas – Fermi 18 1.6.2 Các định lý Hohenberg-Kohn 19 1.6.3 Các phương trình Kohn-Sham 19 1.6.4 Một số phiếm hàm trao đổi 21 1.6.5 Một số phiếm hàm tương quan 22 1.6.6 Một số phương pháp DFT thường dùng 23 1.7 Thuyết NBO 24 1.7.1 Orbital tự nhiên, orbital nguyên tử tự nhiên orbital liên kết tự nhiên 24 1.7.2 Phân tích nhiễu loạn bậc hai tương tác cho-nhận 25 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU 26 2.1 Hệ chất nghiên cứu 26 h 2.1.1 Khái quát cluster 26 2.1.2 Cluster germanium nguyên chất 29 2.1.3 Cluster germanium pha tạp nguyên tử kim loại 30 2.1.4 Cluster germanium pha tạp hai nguyên tử kim loại 31 2.2 Phương pháp nghiên cứu 34 2.2.1 Phần mềm tính tốn 34 2.2.2 Phương pháp tính tốn 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Cấu trúc hình học cluster trung hịa cation 36 3.1.1 Cluster Ge3Cr20/+ 36 3.1.2 Cluster Ge4Cr20/+ 38 3.1.3 Cluster Ge5Cr20/+ 40 3.1.4 Cluster Ge6Cr20/+ 42 3.1.5 Cluster Ge7Cr20/+ 44 3.1.6 Cluster Ge8Cr20/+ 46 3.1.7 Cluster Ge9Cr20/+ 48 3.1.8 Cluster Ge10Cr20/+ 50 3.1.9 Quy luật hình thành phát triển cluster GenCr20/+ (n = 10) 51 3.2 Khảo sát thông số lượng GenCr20/+ (n = - 10) 54 3.2.1 Năng lượng liên kết trung bình 54 3.2.2 Năng lượng phân li 56 3.2.3 Biến thiên lượng bậc hai 59 3.2.4 Năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO 61 3.2.5 Sự chuyển điện tích phân bố electron 63 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 h PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT E Năng lượng α, β Hàm spin n Số nguyên tử Ge cluster GenCr CGF Hàm Gaussian rút gọn (Contracted Gaussian Function) DFT Phương pháp phiếm hàm mật độ (Destiny Functional Theory) Phương pháp nhiễu loạn Møller–Plesset bậc n CI Phương pháp tương tác cấu hình (Configuration Interaction) CC Phương pháp chùm tương tác (Coupled Cluster) GTO Orbital kiểu Gaussian (Gaussian Type Orbital) HF Phương pháp Hartree-Fock ZPE Năng lượng dao động điểm không (Zero Point Energy) HOMO Orbital phân tử bị chiếm cao (Highest Occupied h MPn Molecular Orbital) LUMO Orbital phân tử không bị chiếm thấp (Lowest Occupied Molecular Orbital) SOMO Orbital phân tử bị chiếm cao electron (Singly Occupied Molecular Orbital) MO Orbital phân tử (Molecular Orbital) NBO Orbital liên kết tự nhiên (Natural Bond Orbital) DANH MỤC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Năng lượng liên kết trung bình (eV) cluster GenCr20/+ với n=3-10 Năng lượng phân li D1 D2 (eV) cluster trung hòa cation cluster GenCr20/+ với n=3-10 Biến thiên lượng bậc hai (eV) cluster GenCr20/+ với n=3-10 Năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO (eV) cluster GenCr20/+ với n=3-10 Điện tích Cr (e) cluster GenCr20/+ với n=3-10 Trang 54 57 60 62 64 h Biến thiên mật độ electron phân lớp 3d 4s 3.6 nguyên tử Cr cluster trung hòa GenCr2 (∆dn, ∆sn) cation GenCr2+ (∆dc, ∆sc) với n = 3-10 65 DANH MỤC HÌNH VẼ Sớ hiệu Tên hình vẽ hình vẽ 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 Đồng phân bền cluster Gen tinh khiết (n = – 10) Cấu trúc bền Ge3Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge4Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge5Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge6Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) 30 37 39 41 43 h Cấu trúc bền Ge7Cr20/+ theo phương pháp Trang 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge8Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge9Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền Ge10Cr20/+ theo phương pháp B3P86/6-311+G(d) Cấu trúc bền cluster GenCr20/+ Gen+1Cr (n = - 10) 45 47 49 50 52 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lượng liên 3.10 kết trung bình (eV) cluster GenCr20/+ vào kích thước cluster (n=3-10) 55