1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 11, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 11, стр. 1234-1244

Атомная структура и правила роста моноанионных кремний-танталовых кластеров TaSi$_{n}^{ - }$ (n = 12–17)

Н. А. Борщ 1, *, Н. С. Переславцева 1, С. И. Курганский 2

1 Воронежский государственный технический университет
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, Россия

2 Воронежский государственный университет
394018 Воронеж, Университетская пл., 1, Россия

* E-mail: n.a.borshch@ya.ru

Поступила в редакцию 10.07.2023
После доработки 02.10.2023
Принята к публикации 03.10.2023

Аннотация

Представлены результаты расчета атомной структуры и электронного спектра кластеров ${\text{TaSi}}_{n}^{ - }$ (n = 12–17) в рамках теории функционала плотности с использованием трех различных функционалов. Рассматривается влияние выбора функционала на результаты оптимизации структуры кластеров. Приводится сравнение рассчитанных электронных спектров наиболее стабильных изомеров кластеров с экспериментальными фотоэлектронными спектрами, что позволяет определить адекватность метода расчета и установить структуры кластеров.

Ключевые слова: атомные кластеры, теория функционала плотности, фотоэлектронная спектроскопия

Список литературы

  1. Dong C., Yang J., Lu J. Structural and Electronic Properties of Nanosize Semiconductor ${\text{HfSi}}_{n}^{{0/ - /2 - }}$ (n = 6–16) Material: a Double-Hybrid Density Functional Theory Investigation // J. Mol. Model. 2020. V. 26. P. 85-1–85-9. https://doi.org/10.1007/s00894-020-04352-110.1007/s00894-020-04352-1

  2. Yang J., Wang J., Hao Y. Europium-Doped Silicon Clusters EuSin (n = 3–11) and Their Anions: Structures, Thermochemistry, Electron Affinities, and Magnetic Moments // Theor. Chem. Acc. 2015. V. 134. P. 81-1–81-11. https://doi.org/10.1007/s00214-015-1684-9

  3. Liu Y., Yang J., Cheng L. Structural Stability and Evolution of Scandium-Doped Silicon Clusters: Evolution of Linked to Encapsulated Structures and Its Influence on the Prediction of Electron Affinities for ScSin (n = 4–16) Clusters // Inorg. Chem. 2018. V. 57. № 20. P. 12934–12940. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b02159

  4. Xie X., Hao D., Yang J. Ytterbium Doped Silicon Clusters YbSin (n = 4–10) and Their Anions: Structures, Thermochemistry, and Electron Affinities // Chem. Phys. 2015. V. 461. P. 11–19. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2015.08.024

  5. Dong X., Yang Z., Yang J. Study on the Growth Behavior and Photoelectron Spectroscopy of Neodymium-Doped Silicon Nanoclusters NdSi$_{n}^{{0/ - }}$ (n = 8–20) with a Double-Hybrid Density Functional Theory // J. Mol. Model. 2021. V. 27. P. 27-1–27-11. https://doi.org/10.1007/s00894-020-04637-510.1007/s00894-020-04637-5

  6. Jena P., Sun Q. Super Atomic Clusters: Design Rules and Potential for Building Blocks of Materials // Chem. Rev. 2018. V. 118. № 11. P. 5755–5870. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00524

  7. Borshch N., Kurganskii S. Geometric Structure, Electron-energy Spectrum, and Growth of Anionic Scandium-Silicon Clusters ScSi$_{n}^{ - }$ (n = 6–20) // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. № 12 P. 124302. https://doi.org/10.1063/1.489652810.1063/1.4896528

  8. Борщ Н.А., Курганский С.И. Анионные германий-ниобиевые кластеры: атомная структура, механизмы кластерообразования, электронные спектры // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92. № 9. С. 1431–1438. https://doi.org/10.1134/S0044453718090078

  9. Борщ Н.А., Курганский С.И. Пространственная структура, электронно-энергетический спектр и рост кластеров HfSi$_{n}^{ - }$ (n = 6–20) // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. № 8. С. 1028–1035. https://doi.org/10.1134/S0044457X1808003210.1134/S0044457X18080032

  10. Becke A.D. Density-Functional Thermochemistry. III. The Role of Exact Exchange // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648–5652. https://doi.org/10.1063/1.464913

  11. Lee C., Yang W., Parr R.G. Development of the Colle-Salvetti Correlation-Energy Formula into a Functional of the Electron Density // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 785–789. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.785

  12. Vosko S.H., Wilk L., Nusair M. Accurate Spin-Dependent Electron Liquid Correlation Energies for Local Spin Density Calculations: a Critical Analysis // Can. J. Phys. 1980. V. 58. P. 1200–1211. https://doi.org/10.1139/p80-159

  13. Stephens P.J., Devlin F.J., Chabalowski C.F., Frisch M.J. Ab Initio Calculation of Vibrational Absorption and Circular Dichroism Spectra Using Density Functional Force Fields // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. P. 11623–11627. https://doi.org/10.1021/j100096a001

  14. Becke A.D. Density-Functional Thermochemistry. III. The Role of Exact Exchange // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648–5652. https://doi.org/10.1063/1.464913

  15. Perdew J.P., Wang Y. Accurate and Simple Analytic Representation of the Electron-Gas Correlation Energy // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. P. 13244–13249. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.13244

  16. Perdew J.P., Ernzenhof M., Burke K. Rationale for Mixing Exact Exchange with Density Functional Approximations // J. Chem. Phys. 1996. V. 105. P. 9982–9985. https://doi.org/10.1063/1.472933

  17. Adamo C., Barone V. Toward Reliable Density Functional Methods without Adjustable Parameters: The PBE0 Model // J. Chem. Phys. 1996. V. 110. P. 6158–6170. https://doi.org/10.1063/1.478522

  18. Dobbs K.D., Hehre W.J. Molecular Orbital Theory of the Properties of Inorganic and Organometallic Compounds 5. Extended Basis Sets for First-Row Transition Metals // J. Comput. Chem. 1987. V. 8. P. 861–879. https://doi.org/10.1002/jcc.540080614

  19. Gordon M.S., Binkley J.S., Pople J.A., Pietro W.J., Hehre W.J. Self-Consistent Molecular-Orbital Methods. 22. Small Split-Valence Basis Sets for Second-Row Elements // J. Am. Chem. Soc. 1982. V. 104. P. 2797–2803. https://doi.org/10.1021/ja00374a017

  20. Rassolov V.A., Pople J.A., Ratner M.A., Windus T.L. 6-31G* Basis Set for Atoms K Through Zn // J. Chem. Phys. 1998. V. 109. P. 1223–1229. https://doi.org/10.1063/1.476673

  21. Martins L.S.C., Jorge F.E., Machado S.F. All-Electron Segmented Contraction Basis Sets of Triple Zeta Valence Quality for the Fifth-Row Elements // Mol. Phys. 2015. V. 113. P. 3578–3586. https://doi.org/10.1080/00268976.2015.1040095

  22. Pritchard B.P., Altarawy D., Didier B., Gibson T.D., Windus T.L. New Basis Set Exchange: An Open, Up-to-Date Resource for the Molecular Sciences Community // J. Chem. Inf. Model. 2019. V. 59. P. 4814–4820. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.9b00725

  23. Feller D. The Role of Databases in Support of Computational Chemistry Calculations // J. Comput. Chem. 1996. V. 17. P. 1571–1586. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(199610)17: 13%3C1571::AID-JCC9%3E3.0.CO;2-P

  24. Schuchardt K.L., Didier B.T., Elsethagen T., Sun L., Gurumoorthi V., Chase J., Li J., Windus T.L. Basis Set Exchange: a Community Database for Computational Sciences // J. Chem. Inf. Model. 2007. V. 47. P. 1045–1052. https://doi.org/10.1021/ci600510j

  25. Koyasu K., Atobe J., Furuse S., Nakajima A. Anion Photoelectron Spectroscopy of Transition Metal- and Lanthanide Metal-Silicon Clusters: MSi$_{n}^{ - }$ (n = 6–20) // J. Chem. Phys. 2008. V. 129. P. 214301-1–214301-7. https://doi.org/10.1063/1.302308010.1063/1.3023080

  26. Frisch M.J. et al. Gaussian 09, Revision D.01, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2013.

  27. Wade K. The Structural Significance of the Number of Skeletal Bonding Electron-Pairs in Carboranes, the Higher Boranes and Borane Anions, and Various Transition-Metal Carbonyl Cluster Compounds // J. Chem. Soc. D. 1971. P. 792–793. https://doi.org/10.1039/C29710000792

  28. Mingos D.A. A General Theory for Cluster and Ring Compounds of the Main Group and Transition Elements // Nature Phys. Sci. 1972. V. 236. P. 99–102. https://doi.org/10.1038/physci236099a0

  29. Lu S.-J., Xu H.-G., Xu X.-L., Zheng W.-J. Structural Evolution and Electronic Properties of TaSi$_{n}^{{^{{--/0}}}}$ (n = 2–15) Clusters: Size-Selected Anion Photoelectron Spectroscopy and Theoretical Calculations // J. Chem. Phys. A. 2020. V. 124. № 47. P. 9818–9831. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.0c0920910.1021/acs.jpca.0c09209

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал