PdSin(n=1-15)团簇结构、稳定性与电子性质的密度泛函研究张宇,高振海,李根全,张帅（南阳师范学院物理与电子工程学院，河南省南阳市，473061）[摘要]使用卡里普索(CALYPSO)预测团簇可能结构，运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP，对PdSin(n=1-15)团簇的几何结构与电子性质进行了计算，并讨论了团簇的平均结合能、能隙、二阶能量差分以及电子自然布局和极化率。研究结果表明：PdSin(n=1-15)团簇的基态构型由平面结构向立体结构演化，最终形成笼形结构；在Sin中掺杂Pd原子增强了团簇的稳定性；PdSi4与PdSi12团簇是幻数结构，PdSi4的稳定性和密堆性最好；NCP和NEC分析表明，在PdSin基态团簇中，电荷从Si原子向Pd原子转移，在Pd原子内部发生了spd杂化；Si-Si键之间较强的相互作用力是PdSi4和PdSi12团簇基态结构更加稳定的原因；PdSin团簇中原子间的相互作用伴随n值的增大而不断增强。[关键词]PdSin团簇；几何结构；密度泛函理论；电子性质[中图分类号]O641[文献标识码]ADensity-functionalTheoryStudyofthegeometry,stabilityandelectronicpropertiesforPdSin(n=1-15)ClustersZhangYuGaoZhenHaiLiGenQuanZhangShuai（DepartmentofPhysics&ElectronicEngineering,NanyangNormalUniversity,Nanyang,Henan473061）Abstract：ThepossiblegeometricalstructuresofthePdSin(n=1-15)clustershavebeenoptimizedbyusingdensity-functionaltheoryapproachatB3LYP/GENECPlevel,basedontheCrystalstructureAnalysisbyParticleSwarmOptimization(CALYPSO).Thebindingenergies,HOMO-LUMOgaps，seconddifferences,naturalpopulationsandpolarisabilitiesarealsostudied收稿时间：2015-11-18基金项目：国家自然科学基金(11304167)；中国博士后科学基金(20110491317、2014T70280)；河南省高校创新人才支持计划(15HASTIT020)。第一作者：张宇（1973-），男，硕士，讲师，主要从事团簇电子结构研究。Email：hnytzy@163.com通讯作者：张帅（1978-），男，硕士，副教授，主要从事团簇电子结构研究。Email：cug_zhang@163.comsystematically.Thecalculatedresultsindicatethat:themoststablestructuresofPdSinclustersdevelopfromplanartothree-dimensionalstructure;thedopingofPdatomimprovesthestabilityofsiliconclusters;PdSi4andPdSi12arethemagiccluster;ThenaturalpopulationandnaturalelectronicconfigurationanalysesindicatethatthechargesinthecorrespondingPdSinclustersalwaystransferfromSiatomstoPdatomsandthereexistthespdhybridizationinthePdatoms;thestrongbondinginteractionsbetweenSiandSiatomsmaybethemaindrivingforceofthehigherstabilityofthePdSi4andPdSi12cluster.Keywords：PdSincluster;Geometricalstructures;DFT;Electronicproperties1引言Si原子由于缺少sp2杂化轨道，不易形成稳定的笼形结构，将过渡金属元素掺杂入Si团簇，中和Si笼型团簇表面的悬挂键，可以增强Si笼型团簇的稳定性.过渡金属掺杂的Si团簇趋向于形成闭壳层电子结构，从而具有明显的半导体和金属特性，热稳定性高，电阻率低，适合超大规模集成电路的工业要求；并且过渡金属掺杂Si团簇对新型Si纳米材料的形成也有很重要的推动作用[1,2,3,4]。因此，过渡金属掺杂Si团簇在理论和实验上都是近年来研究的热点。Beck[5]采用激光汽化超声膨胀技术生成了TM@Sin(TM=Cr,Mo和W)团簇，并且发现在同等尺寸下，掺杂团簇比纯Si团簇稳定；Miyazaki等[6]对过渡金属W,Re,Ta,Nb掺杂Sin团簇(n=12,14and16)进行了密度泛函研究，计算结果表明纯Si团簇掺杂后化学活性得到提高；Lu和Nagase[7]对过渡金属W,Zr,Os,Pt,Co等掺杂Si团簇进行了计算，证明团簇的富勒烯结构和Si团簇的大小有着密切的关系。过渡金属钯(Pd)是铂族金属元素，是工业生产中的重要催化材料，对氢有非常好的亲和力，具有纯化氢和渗氢的特性；Pd纳米粒子具有铁磁性，可以应用于磁存储材料；Pd-Si纳米团簇表面原子占比高，具有更优异的催化性能，且电学性质优良，有望成为新一代的光电子材料，因此Pdn和PdSin受到了很多材料学者的关注，在理论及实验方面都有...