掺杂碳团簇CnS2-(n=6-18),CnAl2+(n=1-8)和HCnSi+(n=1-10)的理论研究

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本文对CnS2-(n=6-18)团簇、CnAl2+(n=1-8)团簇以及HCnSi+(n=1-10)团簇进行了详细的理论研究。应用分子图形学,分子力学和量子化学相结合的方法,在密度泛函B3LYP/6-311G*(B3LYP/6-311G**)水平上对多种可能的结构模型进行几何优化,并通过计算振动频率找出其中稳定的同分异构体构型。同时在B3LYP/6-311+G*(B3LYP/6-311+G**)水平上对优化后的构型进行了单点能量计算,以确定其基态构型。基于对基态构型的NBO电荷分布和价键结构的计算分析,总结出了基态构型的结构规律。基于对成键性质、相邻团簇的能量差、增量结合能和电子解离能的计算和分析,很好的解释了实验谱图中谱峰强度的奇偶变化规律。本文的计算结果将为进一步的理论研究提供依据。以上研究结果可概括为以下几个方面:1.CnS2-(n=6-18)团簇CnS2-(n=6-18)团簇的基态构型是硫原子位于碳链末端的直线型结构。n为偶数的CnS2-团簇要比n为奇数的CnS2-团簇稳定。在n为偶数的CnS2-团簇中,碳链中的C-C键长长短交替变化,具有类似聚炔的成键特征,即单键和叁键交替连接,NBO键级分析也证实了这一成键特征。本文从基态构型的成键性质、价电子结构、最高振动频率,相邻团簇的能量差(△En)、增量结合能(△EI)、电子解离能(EDE)和二级电子解离能(SEDE)等方面对CnS(2-)(n=6-18)负离子团簇的性质展开了深入的理论研究,理论计算的结果很好地解释了实验谱图中谱峰强度的奇偶规律。2.CnAl2+(n=1-8)团簇CnAl2+(n=1-8)团簇的基态构型是两个铝原子分别位于碳链两端的线型或弯曲线型结构。当n=1、2时,基态构型是直线型结构,当n=3-8时,基态构型是弯曲线型结构。NBO电荷分析显示正电荷主要分布在碳链两端的Al原子上。偶数团簇中碳链具有聚炔的成键特征,奇数团簇中碳链具有累积烯烃的成键特征。n为偶数的CnAl2+团簇比n为奇数的CnAl2+团簇稳定。这一奇偶变化规律可从成键性质、相邻团簇的能量差(△En)、增量结合能(AEI)和垂直电离能(IPv)等方面来解释。本文计算的结果与实验检测到的CnAl2+(n=1-8)团簇谱峰强度的变化规律一致。3.HCnSi+(n=1-10)团簇HCnSi+(n=1-10)团簇的基态构型是氢原子和硅原子分别位于碳链两端的直线型结构。n为偶数的HCnSi+团簇比n为奇数的HCnSi+团簇稳定。NBO计算的电荷数值显示正电荷主要分布在碳链两端的硅原子和氢原子上,而负电荷分散分布在碳链上。在偶数n的HCnSi+团簇中,碳链中的C-C键长长短交替变化,具有类似聚炔的成键特征,即单键和叁键交替连接。本文从基态构型的成键性质、价电子结构、最高振动频率、相邻团簇的能量差(△En)、增量结合能(△EI)、绝热电离能(IPa)以及解离通道等方面解释了实验谱图中HCnSi+(n=1-10)团簇偶强奇弱的稳定性规律。
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