1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 58, № 12, 2022

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 12, стр. 1294-1302

Структурная эволюция моноанионных гафний-допированных кластеров олова

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 09.06.2022
После доработки 20.09.2022
Принята к публикации 21.09.2022

Аннотация

В работе представлены результаты компьютерного эксперимента в рамках теории функционала плотности по расчетам атомной структуры и электронного спектра кластеров ${\text{HfSn}}_{n}^{ - }$ (n = 15–17). На основе правил Уэйда–Мингоса установлены закономерности формирования моноанионных гафний-допированных кластеров олова, позволяющие оптимизировать прогностические исследования по поиску новых наноструктурированных материалов. Сравниваются результаты расчетов с использованием функционалов B3LYP, B3PW91 и PBE в комбинации с базисом SDD. Проведен анализ влияния функционала на результаты оптимизационных расчетов атомной структуры. Предложена оптимальная стратегия компьютерного эксперимента по моделированию пространственной структуры кластеров на основе олова, подтвержденная сопоставлением с известными экспериментальными данными.

Ключевые слова: атомные кластеры, теория функционала плотности, электронный спектр, правило Уэйда–Мингоса

Список литературы

  1. Zhu C., Yang G., Li H., Du D., Lin Y. Electrochemical Sensors and Biosensors Based on Nanomaterials and Nanostructures // Anal. Chem. 2015. V. 87. P. 230–249. https://doi.org/10.1021/ac5039863

  2. 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

  3. Shi S.-P., Zhao X.-F., Liu X.-Y. Lei D., Yan M., Jiang G. Structural and Electronic Properties in Titanium-Doped Stannum Clusters: Comparison with Their Anions and Cations // J. Clust. Sci. 2018. V. 29. P. 909–919. https://doi.org/10.1007/s10876-018-1384-4

  4. Борщ Н.А., Курганский С.И. Атомная структура и электронные свойства анионных германий-циркониевых кластеров // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 1. С. 3–10. https://doi.org/10.7868/S0002337X18010013

  5. Borshch N., Kurganskii S. Geometric Structure, Electron-energy Spectrum, and Growth of Anionic Scandium-Silicon Clusters ${\text{ScSi}}_{n}^{ - }$ (n = 6–20) // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. № 12. P. 124302-1–124302-8. https://doi.org/10.1063/1.489652810.1063/1.4896528

  6. Dai W.-S., Yang B., Yan S.-T., Xu H.-G., Xu X.-L., Zheng W.-J. Structural and Electronic Properties of ${\text{LaSi}}_{n}^{{--/0}}$ (n = 2–6) Clusters: Anion Photoelectron Spectroscopy and Density Functional Calculations // J. Phys. Chem. A. 2021. V. 125. № 49. P. 10557–10567. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.1c0848710.1021/acs.jpca.1c08487

  7. Liu B., Wang X., Yang J. Comparative Research of Configuration, Stability and Electronic Properties of Cationic and Neutral [AuGen]λ and [Gen+1]λ (n = 1–13, λ = 0, +1) Nanoalloy Clusters // Mater. Today Commun. 2021. V. 26. P. 101989-1–101989-10. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101989

  8. Zhang Y., Yang J., Cheng L. Probing Structure, Thermochemistry, Electron Affinity and Magnetic Moment of Erbium-Doped Silicon Clusters ErSin (n = 3–10) and Their Anions with Density Functional Theory // J. Clust. Sci. 2018. V. 29. P. 301–311. https://doi.org/10.1007/s00894-017-3566-7

  9. Md. Hasan N., Wahid H., Nayan N., Mohamed Ali M.S. Inorganic Thermoelectric Materials: A Review // Int. J. Energy Res. 2020. V. 44. № 8. P. 6170–6222. https://doi.org/10.1002/er.5313

  10. Abdulsattar M.A., Abed H.H., Jabbar R.H., Almaroof N.M. Effect of Formaldehyde Properties on SnO2 Clusters Gas Sensitivity: A DFT Study // J. Mol. Graph. 2021. V. 102. P. 107791-1–107791-7. https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2020.107791

  11. Wang M., Zhang X., He X., Zhu B., Tang H., Wang C. In-situ Grown Flower-Like C@SnO2/Cu2O Nanosheet Clusters on Cu Foam as High Performance Anode for Lithium-Ion Batteries // J. Alloys Compd. 2021. V. 856. P. 158202-1–158202-10. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158202

  12. Борщ Н.А., Курганский С.И. Влияние переходных металлов IIIB-группы на формирование замкнутых германиевых кластеров: компьютерный эксперимент в рамках теории функционала плотности // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. № 2. С. 182–190. https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/756

  13. Atobe J., Koyasu K., Furuse S., Nakajima A. Anion Photoelectron Spectroscopy of Germanium and Tin Clusters Containing a Transition- or Lanthanide-Metal atom; ${\text{MGe}}_{n}^{ - }$ (n = 8–20) and MSnn− (n = 15–17) (M = Sc–V, Y–Nb, and Lu–Ta) // Phys. Chem. Chem. Phys. 2012. V. 14. P. 9403–9410. https://doi.org/10.1039/C2CP23247B10.1039/C2CP23247B

  14. Becke A.D. Density-Functional Exchange-Energy Approximation with Correct Asymptotic Behavior // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3098–3100. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.38.3098

  15. 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

  16. 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

  17. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865–3868. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865

  18. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. P. 1396(E). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.1396

  19. Andrae D., Häußermann U., Dolg M., Stoll H., Preuß H. Energy-Adjusted Ab Initio Pseudopotentials for the 2nd and 3rd Row Transition-Elements // Theor. Chem. Acc. 1990. V. 77. P. 123–141. https://doi.org/10.1007/BF01114537

  20. McLean A.D., Chandler G.S. Contracted Gaussian-Basis Sets for Molecular Calculations. 1. 2nd Row Atoms, Z = 11–18 // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 5639–5648. https://doi.org/10.1063/1.438980

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

  22. 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

  23. 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

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал