配体保护贵金属团簇分子结构与合成机制的研究

作     者：牛文超 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴振宏;赵丽娜

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：FuKui指数 氨基酸配体 Cu团簇 DFT第一性原理 

摘      要：配体保护的贵金属团簇,具有独特的光学吸收和激发特性,且有一些新奇的应用。多肽配体保护贵金属团簇,具有更好的生物相容性,在能源催化、生物成像、靶向药物递送等领域有重要的应用前景。其中,配体保护铜团簇的表现也非常亮眼。近年来,配体保护的贵金属团簇在其合成方法以及应用等方面都有抢眼的表现。但是团簇的生长演化机制,催化反应路径,配体如何影响核结构等基本问题尚不清楚。本研究中,我们通过分离保护的思想将配体保护的贵金属团簇分成配体和纯金属核结构两部分。然后使用密度泛函理论(DFT)方法研究了半胱氨酸配体保护的超小尺寸的Cu(n=3-10)团簇结构和生长过程。首先,我们分别构建了Cu(n=3-10)核结构和半胱氨酸保护的Cu(n=3-10)团簇的初始结构模型,并用Gaussian09软件包进行结构优化,得到能量最低的结构。然后,我们对所获得的几何结构进行分析,试图从它们的结构演变中发现其生长的基本规律。其次,我们通过计算Fu Kui指数预测Cys结合位点,并建立了Cys-Cu簇(n=3-10)的理化性质与生长机制之间的关系。第三,对Cu(n=3-10)核结构和Cys-Cu(n=3-10)团簇的电子结构特性进行研究,以分析Cys配体对Cu(n=3-10)核结构的调制作用。最终结构分析表明(1)Cu(n=3-6)核结构在生长过程中形成独特的等腰三角形生长单元。(2)纯的Cu团簇核结构的FuKui指数F(x)可很好地预测Cu(n=3-10)核结构上的Cys配体结合位点。(3)对于n=3-6,Cys与Cu原子成键的位置与等腰三角形的顶点的位置重合;对于n=7,Cys结合到五角双锥结构的顶点位置;对于n=8-10,Cys更倾向与破坏五角双锥结构中五边形的原子键合。(4)Cys配体对Cu(n=3-10)的HOMO-LUMO间隙具有很强的调制作用。我们发现了Cu(n=3-10)核结构和Cys-Cu(n=3-10)的基本生长机制,并且建立了这些生长机制与其理化性质(得失电子的能力)之间的对应关系。因此,这项工作通过研究其生长过程,为设计具有特定物理化学性质的团簇提供了理论支持。此外,我们还探讨了Cys-Ag-Cys单体、二聚体、三聚体的磁性演化过程,分析整个水凝胶体系的磁性机制,最终发现该结构的磁性是由3个Ag和2个S提供。