汞团簇结构与性质的理论研究(2)
相较于硼团簇，Al12X团簇等而言，对于汞团簇的研究尚未得到学界的重视。Hg（80号）作为第吹冰周期IIB族有其特殊性质，作为一种金属，却有着和其它金属迥异的物理化学性质，而这些性质都可以通过探究Hg原子特有的结构来解释。本文旨在通过研究汞团簇的结构与性质随团簇大小、电荷、受激态及掺杂等的变化规律，从而了解该金属从原 子到介观过程的化学键、稳定性变化，丰富金属汞团簇化学。团簇结构对于其性质有及其重要的决定性作用。就是因为其不同于粒子和宏观物质的结构，才造就了他特殊的性质。因此近年对于团簇的研究无一例外的将重心放在如何通过技术手段探索描述团簇的微观结构。研究的重点在于探究团簇的结构，因为结构决定了其特殊的性质，但是团簇的尺寸使在选择研究手段时陷入了一种尴尬的境地。衍射技术探测对于团簇而言显得太小，而用光谱技术探测又显得过大，从而该尺度团簇结构多用计算机模拟技术研究。[3]研究方式摒弃了传统的实验方法，而采用了目前发展迅速的计算机模拟技术。因为计算机模拟技术有着传统方法无法比拟的优势，它突破了传统方法因为研究对象空间尺度而难以直接在微观层面进行研究的桎梏，也能打破时间尺度的限制，使研究工作变得更加便捷和可重复性提高。通过计算机模拟技术对丰富汞团簇化学本身和熟练该技术都大有裨益。
1.2 选题的背景
随着经济社会的发展，国家发展的总体思路已经由原来的四位一体升级为五位一体，即从经济，政治，民生，文化，生态五个文度进行宏观和微观的发展，而生态作为近些年新增加的一个文度无疑是发展的一大支撑点。具体而言，发展生态文度又有三个抓手，即发展的绿色化，节能化和可持续化。因此计算机模拟技术相较于传统研究方法在节能和绿色层面的优势更应该被推崇。运用计算机模拟技术不会消耗大量资源，也不会排出过多反应废弃物。
具体到汞团簇的性质研究，除了上述研究方法在生态文度的优势之外，汞团簇本身也对推动生态发展有巨大作用。团簇的储能优势今年来是相关领域的一大研究热点。本校的吴杨阳同学的硕士生毕业论文就详细阐述了掺镁硼团簇结构与性质及储氢性能的关系。本文限于作者的水平和文章篇幅，不会对储能性质作详细阐发，但是希望可以通过这篇文章为将来探究汞团簇的储能性质打下基础。
1.3 国内外研究概况
2 计算方法
2.1 密度泛函理论
2.1.1 波恩-奥本海默近似
在量子化学中求解一个体系的性质本质就是求其薛定谔方程的解：
(2.1)
在量子力学中，研究体系的自由量（存在电子间相对运动，原子核间相对运动，电子和原子核相对运动。这些运动互相影响，使得薛定谔方程求解困难[郭福明. 模型原子在组合激光脉冲作用下的高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的生成过多会给方程的求解研究工作带来诸多困扰，为此在求解方程中经常使用一些近似方法来使研究工作相对而言更快捷。波恩-奥本海默近似作为其中一种一直以来都被广泛使用。众所周知，电子的质量和原子核比起来可以忽略不计，二者大概相差2000倍，相应地，电子的运动速率比原子核的运动速率要高得多。正是由于原子核运动速率相对于电子运动速率的绝对低速，使得在研究过程中可以忽略原子核的运动。而电子种类单一，因此采用波恩-奥本海默近似将会大大简化多粒子体系的复杂度。在波恩-奥本海默近似下，体系波函数可写成电子波函数与原子核波函数的乘积：