华侨大学本科毕业论文开题报告模板

1、华侨大学本科毕业论文（设计）开题报告学院：工学院专业班级：09级电子科学与技术（光电方向）姓名指导学号教导王怀谦职称副教授学历博士课题名称铂金纳米簇合物光电子能谱理论研究设计（论文）类型（划7）工程设计应用研究开发研究基础研究其它71、本课题的的研究目的和意义：课题的目的通过毕业论文的训练，使学生能综合地利用大学四年所学课程知识来解决 光电学科的问题和初步了解科研课题的申报的基本要求；熟悉开题报告、撰写 科技论文和答辩毕业设计（论文）的流程。课题的意义在材料方面：团簇的微观结构特点和奇异的物理化学性质为制造和发展特 殊性能的材料开辟了一条途径。计算机技术方面：更高集成度的微电子器件的研制，从微

2、米和亚微米尺度 向纳米尺度的深入，必然依赖团簇性质及应用的研究。目前，团簇点阵构成的 微电子存贮器正在设计之中。能源研究方面：可以用于制造高效燃烧的催化剂和烧结剂。例如，Pt-Ir复 合团簇已应用于石油加工工业，有效地制取了高辛烷数的汽油，代替过去使用 的四乙基铅，从而使生产无铅汽油成为可能，有益于提高内燃机的功率输出和 减少大气污染。2、文献综述（国内外研究情况及其发展）：过渡金属团簇在表面吸附、化学活性和催化等方面具有十分重要的应用， 因此有关过渡金属团簇的研究成为了当今团簇研究的重要领域之一。对过渡金 属团簇的几何结构、电子结构与磁性方面研究引起广泛的关注。寻找团簇的基 态几何结构是研究

3、团簇其它性质的前提，也是团簇研究的难点之一。寻找团簇 能量最低的几何结构、探讨团簇的生长模式、说明团簇由原子或分子向体材料 演化的过程和几何结构随着原子数目变化规律、不冋类型团簇所具有的原子键 合特性等一系列的问题都基于团簇的基态几何结构的研究。因此引起研究者的 广泛关注和兴趣。Castro等分别在局域密度近似和广义梯度近似下用全电子密度泛函理论研 究了过渡金属团簇Fe、Co和Ni的基态几何结构、结合和磁性。结合 nnnJahn-Teller畸变效应的研究结果发现对于Ni4团簇，畸变的四面体结构与二维 四边形结构的结合能相差很小，但Jahn-Teller效应使得四边形结构降低对称性, 而使具有

4、Cs对称性的四面体结构能量更低。对于Fe4和Co4团簇不存在上述情 况,它们的简并基态结构都是四面体结构。Datta和他同事在贋势平面波法的框 架之内，用密度泛函理论研究了尺寸n=2至20的纯的钻团簇的基态几何结构、 结合和磁性。研究发现在中等尺寸的团簇中其基态几何结构偏向hep结构，这 不同于其它3d过渡金属的基态几何结构，n=15-20的团簇中十二面体结构不占 优势，而平均配位数能决定平均键长、有效杂交和团簇磁矩。Reuse与他的合 作者用密度泛函方法对Nin(n = 2-6,8,13)团簇进行了第一性原理计算，研究结果 表明Ni团簇中密堆积结构更加稳定，其中Ni4具有两种能量最低的结构，

5、即d42d对称性的四边形结构和三维的四面体结构。对电荷密度和分裂能计算结果表明， 四边形结构易失去双原子Ni团簇，而其它结构偏向于失去一个Ni原子，所以 对于Ni团簇来说，上述结构是竞争的基态几何结构，在整个团簇体系的结构中4Ni4与Ni5具有较高的稳定性。有关纯的铁团簇Fen(n=2-13,15,19) 的结构研究发现Fe4团簇的基态结构附近有很多总能相差非常小的同分异构 体；此外Fe团簇的基态结构随原子数的增加，都趋向于对称性较高的结构。nKhanna等结合光谱学实验结果和密度泛函理论方法计算镍团簇后发现Ni?团簇 具有两个近简并的低能构形。对Fe-，Co-和Ni-团簇的理论计算表明它们的

6、基131313态几何结构均为高对称(Ih)结构。Reuse等通过详细计算Nii3发现其基态几何结 构由Ih对称畸变变成D3d对称，其畸变不会导致总磁矩的变化。h3d近来过渡金属团簇由于其重要的磁性、在纳米材料中的催化作用而引起了 研究者广泛的关注和兴趣。Noya等人在规范守恒贋势和广义梯度近似框架内， 利用以原子轨道线性组合基展开波函数的密度泛函理论研究了铁碳的混合团簇 的基态几何结构、结合和磁性等。Rey与其合作者通过利用相同的方法和理论框架研究了镍碳混合团簇的几 何结构、电子结构和磁矩等重要特性。类似的研还有很多。有研究发现铁、钻 和镍在单壁碳纳米管的生长过程中起到催化的作用，而铜对于碳纤

7、维的生长是 一种很好的催化剂。为研究过渡金属催化生长的碳纳米管的机理，Ding和他的 合作者们通过从头计算和经典分子动力学的模拟方法提出了单壁碳纳米管的生 长的一种模型。Ding等人的研究认为催化颗粒与单壁碳纳米管开端之间相互吸 附强度相比碳纳米管的碳碳相互作用强度大或可比较的情况是单壁碳纳管的有 效生长条件，这也是为什么铁、钻、镍相比其它过渡金属元素(如Cu,Pd和Au) 更有利于单壁碳纳米管的合成的原因。张泽霞的有关小中性团簇 MnC(M:=Fe,Co,Ni,Cu; n=2-6)的第一性原理研究工作得到了团簇 MnC(TM:=Fe,Co,Ni, Cu)中过渡金属团簇TMn (TM: Fe,

8、Co,Ni,)与C之间的相互 作用强度彼此接近，并且明显大于Cu与C之间的相互作用强度。现代工业对材料和器件的要求越来越高，微制造技术和电子线路集成化的 发展，使电子元件的尺度平均每两年就要减小一半。纳米材料的发展加速了器 件微型化的进程。具有原子、分子尺度的导体将会成为未来电子线路中的重要 组成部分。零维纳米材料一团簇，尤其是那些具有高稳定性的团簇，必然会在未 来电子元件中扮演重要的角色。作为纳米材料的重要基本单元，团簇在实际应用过程中，涉及到许多物质运 动的过程和现象，如催化、燃烧、晶体生长、成核和凝固、临界现象、相变、 照相、溶胶、薄膜的形成和溅射等，是物理学和化学两大学科的一个交汇点，

9、 也是材料科学关注的热点。1965年Becker首次用超声喷注加冷凝方法得到团簇；1984年Knight等发 现超声膨胀产生Na团簇的质谱具有电子売层结构的幻数特征，随即将原子核 结构的概念与特征引入原子团簇中，由此而发展的研究团簇电子特性的凝胶模 型(JelhumMedel)已经成为研究金属团簇，尤其是简单金属团簇电子的重要的 理论基础;1985年Kroto等人用时间飞行质谱方法在激光轰击石墨蒸气中发现了 含量最高的高碳原子团簇分子C60并建议它为足球状几何构型，随后C60固体的 60 60 合成产生了除金刚石和石墨之外的新的一种C基固体一富勒烯。这三件突破性 的事件极大的促进了实验领域对团

10、簇科学的研究。迄今为止，人们利用分子束 和激光束已得到几乎元素周期表上的所有元素对应的团簇。许多现代实验技术，如扫描隧道显微镜(STM)、电子自旋共振(ESR)、X射 线光电子分光光谱(XPS)、光电子能谱(PES)、双光子共振(OODR)和共振拉曼谱 等已被广泛应用于观察或测量团簇的表征或者性质。实验虽然可以提供团簇尺 寸分布、解离能，电磁等团簇特性的一些信息，但这些实验研究却无法给出团 簇的结构以及生长动力学过程。而理论计算可以成功的解释团簇的一些光谱性 质，并预测团簇的结构和性质。根据理论模拟过程中所选取的模拟方法和势能 函数的不同，目前在理论研究中使用较多的是第一性原理计算、遗传算法、

11、蒙 特卡洛和分子动力学方法。3、本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：主要研究内容：（1）掌握小尺寸贵金属Pt团簇基于“Kick模型全局优化结构的方法；（2）掌握该体系的几何结构是如何随团簇尺寸的变化而变化并分析其成 因；（3）利用密度泛函理论计算Pt团簇的基态几何与电子结构并得到一系列 能量参数，如平均结合能、二阶拆分能和电离势等。成果形式：毕业设计论文4、拟解决的关键问题：确定出铂金纳米团簇体系的光电磁性质与结构之间的内在联系，并能很好 的解释质谱测量与光电子能谱实验。5、研究思路、方法和步骤：研究思路根据组成铂金纳米团簇各原子的电子结构特征，我们将重点研究铂金团簇 的几何结构、稳定性与

12、电子性质之间的内在联系，进而分析产生奇异现象（小 尺寸效应、量子效应、界面效应等）、幻数纳米团簇的内在本质原因；建立全 局优化模型并做出相应地理论分析。研究方法本课题采用密度泛函理论方法，系统研究铂金团簇的几何结构、生长行为、 相对稳定性、电子性能和磁性等。研究步骤（1）利用踢球物理模型结合密度泛函理论完成铂金纳米团簇体系的结构优 化，找出合理的基态异构体结构。（2）通过对团簇体系平均结合能、二阶拆分能、能隙等能量参数的分析， 进一步阐明铂金纳米团簇体系稳定性的物理化学依据。（3）采用广义库普曼理论，模拟出团簇体系的光电子能谱，合理的解释质 谱测量与光电子能谱实验。6、本课题的进度安排：（1）

13、2013.02.25-03.16:对任务书的内容进行深入的理解和研究，清楚所要 研究的问题，提出解决问题的技术方法或方案，认真和务实地撰写毕业论文（设 计）的开题报告并提交开题报告。（2）2013.03.17-05.26:完成对Pt团簇相应的计算工作。实现毕业论文任务 书的研究内容并完成技术指标的方案，接受毕业设计的初期，中期和后期的检 查，备齐毕业设计资料，包括任务书、开题报告、毕业设计记录本、研究笔记 本和过程检查表。（3）2013.05.27-06.02:完成毕业论文初稿，按相应标准修改并完成毕业论 文撰写，保证涉及内容覆盖任务书的要求，避免整段、整句抄袭和剽窃他人成 果。（4）2013

14、.06.03-06.12:呈送毕业论文，经指导老师审核通过后，将论文的 电子稿发送给互评教师，等待论文的评审结果。同时，完成毕业论文答辩的PPT 制作。（5）2013.06.13-06.22:按照评审结果，对论文进行最后修改，准备并迎接毕 业论文答辩。7、参考文献：王广厚.团簇物理学.上海科学技术出版社，2003Huai-Qian Wang and Hui-Fang LiProbing the structural and electronic properties of small vanadium dioxide clusters by density functional theory

15、and comparison with experimental photoelectron spectroscopyThe Journal of Chemical Physics 137（2012） 164304Huai-Qian Wang, Hui-Fang Li, and Xiao-Yu KuangProbing the structural and electronic properties of small vanadium monoxide clustersPhysical Chemistry Chemical Physics 14 （2012） 5272-5283Huai-Qia

16、n Wang, Xiao-Yi Kuang and Hui-Fang LiDensity functional study of structural and electronic properties of bimetallic copper-gold clusters: comparison with pure and doped gold clustersPhysical Chemistry Chemical Physics 12 （2010） 5156-5165Huai-Qian Wang, Xiao-YU Kuang, and Hui-Fang LiStructural, elect

17、ronic, and magnetic properties of gold cluster anions doped with zincThe Journal of Physical Chemistry A 113 (2009) 14022-14028Huai-Qian Wang, Hui-Fang Li, Jia-Xian Wang and Xiao-Yu KuangStructural, electronic and magnetic effects of Al-doped niobium clusters: a density functional theory studyJourna

18、l of Molecular Modeling 18 (2012) 2993-3001Huai-Qian Wang and Hui-Fang LiProbing the structural and electronic properties of Al-doped small niobium clustersChemical Physics Letters 554 (2012) 231-235Hui-Fang Li, Xiao-Yu Kuang, and Huai-Qian WangProbing the structural and electronic properties of lanthanide-metal-doped silicon clusters: MSi (M = Pr, Gd, Ho)Physics Letters A 375 (2011) 2836-2844Jian-Bing Gu, Xiang-Dong Yang, Huai-Qian Wang, and Hui-Fang Li Structural, electronic, and magnetic properties of boron cluster anions doped with aluminum: B Al-nChine