1、目前，低維納米結(jié)構(gòu)如金屬團(tuán)簇、碳納米管和石墨烯，成為物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等多個學(xué)科的研究熱點，對它們的深入研究有助于揭示和理解其獨特的光學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)和帶隙特征，為微納尺度的材料設(shè)計和改性提供科學(xué)依據(jù)。本論文采用密度泛函理論方法分別考察了有機(jī)分子吸附的零維Ag和Au納米團(tuán)簇的光吸收譜，Ru原子或團(tuán)簇在一維碳納米管內(nèi)外表面的吸附行為，以及二維氫化石墨烯的能隙調(diào)控。
　　多聚物、生物分子和配體等有機(jī)分子吸附的貴金屬納米團(tuán)簇，不僅能

2、夠阻止團(tuán)簇繼續(xù)生長還能改變金屬團(tuán)簇的表面結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控其物理化學(xué)性質(zhì)，因此在生物傳感、醫(yī)學(xué)成像和治療方面有較廣泛的應(yīng)用。本論文采用第一性原理研究了有機(jī)分子吸附的Ag38和Au38團(tuán)簇的吸附結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和光吸收譜，發(fā)現(xiàn)貴金屬納米團(tuán)簇的光吸收譜受到機(jī)分子官能團(tuán)類型和吸附濃度的調(diào)控。具有較淺d帶深度的Au團(tuán)簇比Ag團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)更容易受到有機(jī)分子的影響，且有機(jī)分子吸附對Au38團(tuán)簇的紫外-可見光吸收譜的改變更大。具有高吸附能，轉(zhuǎn)移電荷

3、量大、對團(tuán)簇結(jié)構(gòu)改變明顯的有機(jī)分子（如2-巰基吡啶）是貴金屬團(tuán)簇光吸收譜調(diào)控的理想有機(jī)分子。改變吸附分子數(shù)量同樣能調(diào)控貴金屬團(tuán)簇的光吸收特性。隨著三甲胺分子吸附數(shù)量增加，Ag38團(tuán)簇的吸收光譜總體紅移、并伴隨吸收峰展寬現(xiàn)象;8個TMA分子吸附的Au38團(tuán)簇在399 nm處出現(xiàn)一個強(qiáng)度與紫外區(qū)主吸收峰相當(dāng)?shù)男挛辗濉Ｎ覀兊睦碚撃M加深了對有機(jī)金屬團(tuán)簇的光吸收行為的理解，也為實驗上制備光敏感金屬團(tuán)簇基電子器件提供了參考。
　　與傳統(tǒng)碳

4、材料如石墨，無定形碳等相比，碳納米管作為催化劑的載體，具有更高的催化活性和選擇性。由于碳管內(nèi)外表面曲率不同、電子結(jié)構(gòu)差異，過渡金屬擔(dān)載在其內(nèi)外表面時相互作用也不同，從而形成不同的金屬/碳管復(fù)合物。我們采用第一性原理方法系統(tǒng)地研究了4d過渡金屬(尤其是Ru)原子和團(tuán)簇吸附在單壁或雙壁碳納米管上的幾何結(jié)構(gòu)、結(jié)合能和電子性質(zhì)。過渡金屬原子在碳管上的平衡吸附構(gòu)型依賴于金屬原子的價電子構(gòu)型。因為曲率效應(yīng)，所有過渡金屬原子吸附在(6，6)管內(nèi)外部時

5、向碳管貢獻(xiàn)不同量的電子，但是二者轉(zhuǎn)移電荷的差值近似一個常數(shù)，即0.5個電子。電子態(tài)密度分析揭示出C原子的π電子和Ru的d電子存在雜化現(xiàn)象，這導(dǎo)致了電荷從金屬轉(zhuǎn)移向碳管。電荷轉(zhuǎn)移量給出了對4d過渡金屬電負(fù)性系統(tǒng)地依賴關(guān)系。當(dāng)Ru原子或團(tuán)簇吸附在雙壁碳納米管上時，電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)比單壁管略有加強(qiáng)。我們的理論結(jié)果對過渡金屬和碳納米管之間的相互作用提供了更深的理解，有助于解釋在實驗上觀察到的碳納米管內(nèi)部和外部吸附的過渡金屬納米粒子不同的催化行為。<

6、br>　　石墨烯作為一種原子厚度的二維材料，為納米電子學(xué)和光電材料的發(fā)展提供了平臺，然而零帶隙的特征極大地限制了石墨烯在電子學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此石墨烯帶隙的打開和調(diào)控成為石墨烯研究的一個重點，我們通過密度泛函理論重點調(diào)查了部分氫化石墨烯的電子態(tài)。氫化石墨烯構(gòu)型包括隨機(jī)去除孤立H原子、隨機(jī)去除相鄰H原子對、有序去除相鄰H原子對三類。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨機(jī)去除相鄰H原子對的氫化石墨烯構(gòu)型更穩(wěn)定。更有趣的是，這類構(gòu)型的氫化石墨烯帶隙隨著H濃度