卤化银团簇结构与性质的研究

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卤化银包括AgCl、AgBr和AgI。卤化银是典型的超离子导体,具有电导率随温度升高而升高的奇异性质,在耐高温导体材料的研制、照相、冶金、电化学等领域均有广泛的应用,因此,该体系的研究受到人们广泛的重视。目前,对卤化银晶体的理论和实验研究较多,而对其团簇结构与性质的研究十分稀少。 利用改进后的遗传算法结合经验势,研究了卤化银团簇的可能稳定结构。结果表明:当n≤3时,卤化银团簇的稳定结构均为单环;当n>4时,(AgCl)n、(AgBr)n团簇最稳定结构以密堆结构为主,(AgI)n团簇最稳定结构以四元环和六元环或八元环相接的笼状结构为主。反映出(AgCl)n、(AgBr)n团簇以离子键结合,而(AgI)n团簇中是具有离子性的共价键。团簇总能的二阶差分给出(AgCl)n团簇在n=4,6,8,9,13时、(AgBr)n团簇在n=4,6,10时、(AgI)n团簇在n=6,8,11时的结构比较稳定。 将遗传算法得到的卤化银团簇的稳定结构作为初始结构,在B3P86/3-21G*水平上进一步优化(AgBr)n(n≤6)团簇的稳定结构,并对它们的电子结构与光谱进行了计算。结果表明:当n≤3时,(AgBr)n团簇的最稳定结构为环状结构;而n=4-6时为密堆结构。体现出小的(AgBr)n团簇中的Ag-Br键是有较强离子性的共价键;从n=1至3,(AgBr)n团簇平均结合能增加较快,当n>3时平均结合能增加缓慢,表明(AgBr)3较稳定。(AgBr)n(n=1-6)团簇的能隙在3.794eV~5.747eV之间,较宽的能隙表明(AgBr)n团簇具有绝缘体的特点。(AgBr)n(n=2-6)的亲合势在1.15eV~2.57eV之间。(AgBr)n团簇的最稳定结构的对称性均较高,除了(AgBr)5,其它团簇最稳定结构的偶极矩均为零。(AgBr)n团簇中由Ag原子向Br原子转移的电荷在0.13~0.34之间。光谱分析表明,(AgBr)2团簇共有三个较强的振动模式,(AgBr)3团簇共有七个较强的振动模式;最强的(AgBr)2、(AgBr)3的红外谱线分别位于209.1601cm-1、263.3180cm-1处。
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