團族結構優(yōu)化算法與在金屬團簇優(yōu)化中的應用.pdf

1、團簇結構優(yōu)化和生長規(guī)律研究是團簇科學關注的焦點,也是計算化學領域中重要的研究課題。高效的全局優(yōu)化算法對于搜索具有最低能量的團簇結構具有重要意義。然而團簇勢能面構造復雜,巨大的搜索空間使得優(yōu)化困難。在本論文中,發(fā)展了一種高效的大尺寸單一原子類型團簇結構優(yōu)化算法,運用優(yōu)化算法考察了鋁團簇穩(wěn)定結構特點及生長規(guī)律并詳細分析了影響結構生長的因素,針對二元金屬團簇結構優(yōu)化問題發(fā)展了一種高效的優(yōu)化算法并成功用于Cu-Au、Ag-Au團簇結構優(yōu)化。本研

2、究主要內容包括：
　　 ⑴基于大尺寸單一原子類型團簇結構特點提出了旋轉操作(RotationOperation,RO)實現了十面體構型到二十面體構型的轉變。該操作圍繞著十面體結構的五折疊軸將團簇中心原子以下的部分轉動一定角度得到了類似于二十面體結構。聯合旋轉操作與基于內核構建的動態(tài)格點搜索(DLSc)算法提出了一種改進算法,稱為DLSc-RO算法。使用DLSc-RO優(yōu)化了大尺寸Lennard-Jones(LJ)團簇、Morse團

3、簇、Gupta勢函數銀團簇、NP-B函數鋁團簇結構,結果表明DLSc-RO算法可以優(yōu)化得到全局最穩(wěn)定結構,并且效率很高。同時,由于優(yōu)化結果不受內核類型的影響,該方法克服了DLSc算法優(yōu)化大尺寸團簇結構時有偏的缺點。
　　 ⑵研究了AlN(N≤310)團簇結構生長規(guī)律。采用NP-B勢函數描述鋁團簇原子間相互作用。使用動態(tài)格點搜索(DLS)算法和基于內核構建的動態(tài)格點搜索(DLSc)算法,預測了Al2-310團簇最優(yōu)結構。與文獻報道

4、的Al2-65團簇結構相比,本工作優(yōu)化得到能量更低的Al63和Al64團簇結構。結果還顯示在Al63-310團簇中,除Al64、Al72、Al74、Al76和Al101處的十面體結構,Al91、Al99、Al129和Al135處有堆積缺陷的面心立方結構,Al147處的二十面體結構之外,其它均被識別為截角八面體(TO)結構。其中,Al38、Al79、Al116、Al140、Al201與Al260團簇采取完整截角八面體結構,并且這些TO結構

5、呈現出基于完整TO的生長規(guī)律。
　　 ⑶分析了大尺寸鋁團簇中截角八面體結構表面原子分布規(guī)律。使用基于內核構建的動態(tài)格點搜索(DLSc)算法預測了Al270-500團簇最優(yōu)結構,結果顯示團簇最優(yōu)結構類型均為截角八面體(TO),其中Al314和 Al405團簇擁有完整截角八面體構型,且其它團簇呈現出基于Al260、Al314和Al405團簇(100)和(111)表面的生長規(guī)律。為了詳細分析表面生長規(guī)律,設計了基于Al260和Al40

6、5表面生長的理想模型。此外,還分析了影響團簇表面原子分布的各種因素。
　　 ⑷改進了自適應免疫優(yōu)化算法(adaptive immune optimization algorithm,AIOA)并應用于Cu-Au和Ag-Au團簇結構優(yōu)化研究。使用Gupta勢函數來描述二元金屬團簇原子間相互作用。由于與單一原子類型團簇相比,二元團簇中存在homotop同分異構體,因此在改進方法中使用了原子交換操作。結果顯示成功優(yōu)化得到了CunAu3