[发明专利]一种金属纳米团簇结构优化方法

权利要求书

1.一种金属纳米团簇结构优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、设置待优化的金属纳米团簇尺寸和构成金属纳米团簇的金属原子种类；

S2、以系统时间戳为随机数种子，在半径为R的球或边长为R的正方体内，随机生成规模为N的金属纳米团簇群，所述金属纳米团簇群由N个具有对称性的金属纳米团簇构成，所述金属纳米团簇由n个金属原子构成；

S3、排除所述金属纳米团簇群中具有相似结构的金属纳米团簇，补充新的金属纳米团簇，保证金属纳米团簇群包括有N个金属纳米团簇；

S4、通过RPSO算法中的速度更新公式更新金属纳米团簇的速度，通过RPSO算法中的坐标更新公式更新金属纳米团簇的坐标；

S5、若金属纳米团簇为双金属纳米团簇，则先对完成速度和坐标更新的金属纳米团簇进行小概率的变异操作再转入步骤S6；若金属纳米团簇为单金属纳米团簇则直接转入步骤S6；

S6、使用密度泛函理论计算软件分别对步骤S4中速度和坐标更新后的金属纳米团簇、步骤S5生成的金属纳米团簇中的金属原子的速度和坐标进行力平衡优化计算，得到第一局部优化后的金属纳米团簇、第二局部优化后的金属纳米团簇；

S7、分别计算局部优化前的金属纳米团簇、所述第一局部优化后的金属纳米团簇和第二局部优化后的金属纳米团簇的适应度值；

S8、将适应度值较高的金属纳米团簇作为待选金属纳米团簇，得到待选金属纳米团簇的结构及能量值；

S9、判断是否达到最大更新迭代次数，若是则转入步骤S11，否则转入步骤S10；

S10、将所述第一局部优化后的金属纳米团簇、所述第二局部优化后的金属纳米团簇分别根据其对应的替换概率替换金属纳米团簇群中对应的金属纳米团簇，形成新的金属纳米团簇群，并转入步骤S3；

S11、将若干个待选金属纳米团簇进行比较，将适应度高的金属纳米团簇作为最优金属纳米团簇，输出最优金属纳米团簇的结构及最优金属纳米团簇的能量值。

2.根据权利要求1所述的金属纳米团簇结构优化方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S21、规定金属原子生成的区域；

S22、随机选择一种点群；

S23、随机生成一个金属原子的坐标；

S24、对所述金属原子的坐标进行对应的点群对称操作，得到点群对称操作后的金属原子的坐标；

S25、判断点群对称操作后的金属原子的坐标与规定区域内的金属原子的坐标是否重合，若是，则将坐标重合的金属原子合并后转入步骤26；否则直接转入步骤26；

S26、判断规定区域内的金属原子数是否达到预设值，若是则输出该金属纳米团簇，否则转入步骤S23。

3.根据权利要求1所述的金属纳米团簇结构优化方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

S31、分别计算各个金属纳米团簇的成键特征矩阵；

S32、比较各个金属纳米团簇的成键特征矩阵，当两个金属纳米团簇的成键特征矩阵之间的欧氏距离小于预设值时，排除能量值较高的金属纳米团簇。

4.根据权利要求3所述的金属纳米团簇结构优化方法，其特征在于，

所述成键特征矩阵的定义如下式所示：

其中，δ_AB表示成键的种类，AB表示成键的原子，N_AB表示对应键的数量，为键序参数，为成键特征矩阵中的元素，θ_ij,分别为球坐标系中金属原子i与金属原子j之间的仰角和方位角，Y_lm为球谐函数，l是球谐函数的阶数，l＝0,2,4,6,…，m＝l,l-1,…，成键特征矩阵的欧氏距离D_uv的定义如下式所示：