富硼含硫团簇B6S结构和能量的理论研究

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由于硼及其硼的化合物有独特的物理和化学性质,从而成为实验和理论关注的对象。这些硼团簇应用非常广泛并且在化学成键模型方面有重要的作用。具有广阔的前景作为建筑单元形成新型聚合材料,富硫的硼硫化物已经被广泛的研究。然而关于富硼的硼硫化物的报道却很少。在本文中,我们对七原子B6S团簇进行了理论研究,包括各异构体的结构、能量和稳定性,这些计算是在CCSD(T)/6-311+G(2df)//B3LYP/6-311+G(d)水平下完成的。异构体是通过我们最近编写的新程序“grid-based comprehensive isomeric search algrithm”获得的。我们获得了B6S各种不同的结构作为B3LYP/6-31G(d)优化的初始构型,优化之后得到了43个没有虚频的异构体。然后将这43个异构体在B3LYP/6-311+G(d)水平下重新优化并在CCSD(T)/6-311+G(2df)水平下对能量较低的异构体进行了单点能的计算。结果表明,包含-BS基团的平面刀状异构体B5(-BS) 01 (0.0 kcal/mol)能量最低,是全局极小值。其次能量低的分别是准平面的带状异构体B6(>S) 02 (6.7 kcal/mol)和金字塔状的异构体B6(>S) 03 (8.4 kcal/mol)。为了讨论B6S各异构体之间的异构化,我们研究了相互转化的过渡态,构建了体系的势能面。另外,我们考查了可能的解离通道,这为理解团簇的稳定性提供了有用的信息。很明显,基于对势能面的分析,我们可以看到这三个单重态的异构体都具有较好的动力学稳定性。计算分析结果表明硼中心或者硫中心的轮状结构异构体无论热力学还是力动学都是不稳定的。在相同的计算水平下对能量较低的异构体进行了三态计算,除了个别异构体三重态能量稍低以外,其他异构体的单态均比三重态稳定,三重态的结构大体上在能量上无法与单重态竞争,因此不做详细的讨论。我们还将得到的结果和其类似的等价电子团簇B6O进行热力学稳定性和动力学稳定性方面的对比,还对B6S做了特征分子轨道分析来进一步获得电子结构信息。我们期望目前的工作对于理解硼硫化物的结构和稳定性能提供有用的信息。
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