GIPAW方法计算顺磁性分子EPR_g因子的研究

论文摘要

电子顺磁共振（EPR）技术广泛的应用在物理,化学,地矿学,生物,医学和生命科学等领域。顺磁物质的EPR g因子,表征着物质的化学键和结构信息,在实际应用和理论研究上都有重要的意义。本文基于密度泛函理论（DFT）、平面波和赝势的GIPAW方法,从理论方面对EPR g因子进行研究,为实际应用提供基础数据和理论预测。利用GIPAW方法研究了激发态分子H2+,CO+的顺磁性质。研究表明:激发态分子H2+的EPR g因子为Δg//=-39.10 ppm,Δg⊥=-41.52 ppm,CO+的EPR g因子为Δg//=-137.21 ppm,Δg⊥=-3230.41 ppm(忽略ΔgSOO),与文献值一致;H2+分子的顺磁性是由占据在σ1s轨道上的未成对电子产生的,CO+分子的顺磁性是由3σ轨道上的未成对电子产生的;顺磁物质的几何结构和电子结构的不同,导致塞曼动能校正项ΔgΖ-KE、自旋轨道耦合项ΔgSO、自旋其它轨道相互作用项ΔgSOO对总的Δg的贡献不同。构建了可用于EPR g因子计算的Zr的GIPAW赝势,论述了从理论上验证赝势合理性的方法,研究了ZrH3分子的顺磁性质。研究表明:在匹配半径rc之外,赝势波函数与其对应的全电子波函数吻合;赝势波函数的对数微分与全电子波函数的对数微分,在特征值周围1-2 Ry以内吻合;用不同于生成赝势的原子组态测试赝势计算结果与全电子计算结果的差异小于0.01 Ry;ZrH3分子的自旋磁矩分布在Zr的轨道上,自旋轨道耦合作用比较强;ZrHd z23分子的EPR g因子的结果为Δgx =-4.4 ppt,Δgy=-235.8 ppt,Δgz=-235.5 ppt。通过对H2+、CO+、ZrH3分子顺磁性的研究,建立了以几何结构和电子结构为基础,对顺磁性物质进行顺磁响应预测的方法;建立了GIPAW方法理论计算EPR g因子的方法,以及构建GIPAW赝势和验证赝势合理性的方法,为理论研究其它体系的EPR g因子提供借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 电子顺磁共振的基本原理
• 1.2 EPR在催化研究中的应用
• 1.2.1 催化中间反应物种和活性中心
• 1.2.2 固体缺陷研究
• 1.3 DFT理论研究EPR g因子的现状
• 1.4 存在的问题及本课题研究目的意义
• 第二章 理论研究方法（GIPAW）概述
• 2.1 密度泛函理论
• 2.1.1 Hohenberg-Kohn理论
• 2.1.2 Khon-Sham理论
• 2.1.3 局域密度近似和广义梯度近似
• 2.2 平面波
• 2.3 周期性超原胞
• 2.4 赝势
• 2.5 GIPAW计算EPR g因子的原理
• 2.5.1 GIPAW方法
• 2.5.2 EPR g因子的计算原理
• 2.6 计算平台
• 2⁺，CO⁺的EPR g因子计算研究'>第三章 激发态分子H₂⁺，CO⁺的EPR g因子计算研究
• 2⁺的EPR g因子计算'>3.1 H₂⁺的EPR g因子计算
• 3.1.1 计算参数设置
• 2⁺的模型构建'>3.1.2 H₂⁺的模型构建
• 2⁺的自旋顺磁磁矩研究'>3.1.3 H₂⁺的自旋顺磁磁矩研究
• 2⁺的EPR g因子'>3.1.4 H₂⁺的EPR g因子
• +的EPR g因子计算'>3.2 CO⁺的EPR g因子计算
• 3.2.1 计算参数设置
• +的模型构建'>3.2.2 CO⁺的模型构建
• +的自旋顺磁磁矩研究'>3.2.3 CO⁺的自旋顺磁磁矩研究
• +的EPR g因子'>3.2.4 CO⁺的EPR g因子
• 3.3 小结
• 3的EPR g因子计算研究'>第四章 ZrH₃的EPR g因子计算研究
• 4.1 构建Zr的GIPAW赝势
• 4.1.1 构建Zr的模守恒赝势
• 4.1.2 Zr的模守恒赝势合理性测试
• 4.1.3 Zr投影组态的重构
• 4.2 Zr的GIPAW赝势可靠性测试
• 3的EPR g因子计算'>4.3 ZrH₃的EPR g因子计算
• 4.3.1 计算参数设置
• 3的模型构建'>4.3.2 ZrH₃的模型构建
• 3的自旋顺磁磁矩研究'>4.3.3 ZrH₃的自旋顺磁磁矩研究
• 3的EPR g因子'>4.3.4 ZrH₃的EPR g因子
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢