Au2Xn(X=F,H,OF且1≤n≤10)团簇结构和性质的研究

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本文基于密度泛函理论,使用Gaussian09软件,对Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇体系进行了系统的理论计算,通过全局优化找到相对稳定的结构,并分析了这些团簇体系最低异构体的稳定性、磁性、谱学性等物化性质。在计算过程中,Au原子均采用Lan L2DZ赝势基组,在PW91PW91泛函下,Au2Fn中F原子采用6-311+g(d)基组,Au2(OF)n中O和F原子都采用6-311++g(d,p)基组。而Au2Hn则是在B3LYP泛函下对H原子使用6-311++g(d,p)基组。对上述团簇的几何结构和稳定性分析可知,随着团簇尺寸的增大,Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇各体系最低异构体的结构从简单的平面构型变化为复杂的3D构型,且生长模式基本均是在金原子上连接多个氟原子、氢分子和氧氟原子的形式。从n=5开始,Au2Hn则主要表现为对氢分子的物理吸附作用。平均结合能分析表明,Au2F6是该体系中热力学稳定性最高的团簇。Au2Hn(1≤n≤4)团簇能隙值均大于Au2Xn(X=F,OF;1≤n≤10)团簇,表现出更高的化学稳定性,其中Au2H4化学稳定性最好而Au2(OF)2具有较好的化学活性。Au2Xn(X=F,OF;1≤n≤10)团簇体系VIP值和VEA值总体高于Au2Hn(1≤n≤4)团簇体系。就电子结构而言,Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇体系的磁矩范围在0-3μB,其中Au2F2、Au2F4、Au2H2和Au2(OF)2总磁矩为零。其余Au2Fn(1≤n≤10)和Au2Hn(n=1-4)团簇体系的总磁矩大部分来自于Au原子的局域磁矩,而Au2(OF)n(1≤n≤10)团簇的总磁矩主要由O原子的局部磁矩贡献,且原子间存在反铁磁性耦合和铁磁性耦合。在偶极矩方面,Au2F6和Au2F10总偶极矩为零,为非极性分子,而Au2F4极性最强。Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇极化率张量主要分布于XX、YY和ZZ轴上,Au2(OF)10具有极化率张量平均值<α>的最大值,对应最强的非线性光学效应,容易被极化。Au2Hn具有最大平均值<(?)>,表现出较强的离域效应,电子结构较不稳定。Au2(OF)10因具有Δa最大值而对应最强的系统响应能力。Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇体系的态密度曲线主要分布于-0.6~0.2a.u.之间,随尺寸增大分子轨道也由主要的单一Au原子轨道变化为复杂的杂化轨道。Au2F2、Au2(OF)和Au2H3团簇分别是各自团簇中共价性最强的体系,表现出较高的稳定性。光谱分析揭示Au2Xn(X=F,H,OF;1≤n≤10)团簇的红外光谱和拉曼光谱的振动峰较多,主要分布在0-4500 cm-1范围内,其最高峰主要来自于X原子之间的伸缩振动或X原子与其他原子间的伸缩振动。同一n值下的Au2Hn(n=1-4)团簇的最强峰明显高于Au2Xn(X=F,OF;1≤n≤10)团簇。UV-Vis光谱主要分布在100-3000 nm范围内,其中Au2Fn(n=3,7-10)和Au2(OF)n(n=2,4,7,8)团簇在可见光范围内有较强的吸收峰,说明这些团簇可望作为一种潜在的新型可见光催化纳米材料。
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