Alnm(m=0,±1,n=3,4,5)團簇的穩定性和芳香性研究＊

許向華

(濰坊學院,山東 濰坊 261061)

由于團簇特殊的結構和性質以及潛在的應用前景,對其的研究備受關注。芳香性團簇具有的強磁屏蔽效應、大環電流及共振能等特性,使其在非線性光學、催化、吸附等方面應用前景廣闊。因此,對芳香性團簇進行理論研究,揭示其電子結構和成鍵特征,可以為其潛在應用打下堅實的理論基礎,并對新物質合成有指導作用。

以B、A l為代表的第三主族原子簇是最早發現具有芳香性的無機團簇,近年對其的研究十分活躍[1-13]。本文對電中性和帶正負電荷的A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)團簇的幾何構型、成鍵特性、穩定性和芳香性進行了研究。

1 計算方法

用密度泛函理論(DFT)的B3L YP方法,采用6-311+G＊基組,對A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)體系的可能幾何構型進行優化和諧振頻率計算,利用得到的穩態構型分析垂直電離能(VDE)、分子軌道(MO)和核獨立化學位移(N ICS)。全部計算采用Gaussian 03[14]完成。分子軌道圖用MOLDEN程序繪制。

2 結果與討論

2.1 A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)基態及穩定性

對圖1所示A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)的可能構型,取不同多重態分別優化計算,結論如表1所示。

圖1 計算A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)平衡構型采用的初始結構

表1 A lnm(m=0,±1,n=3,4,5)基態及能量接近的兩種平衡構型

圖2 A ln-(n=3,4,5)團簇的主要價分子軌道

從表1可以看出,A l3基態為四重態,構型呈鈍角三角形,具C2v對稱性(鍵長為0.269nm,0.269nm,0. 324nm),和具有二重態D3h對稱性的等邊三角形能量僅差1.4KJ/mol,易相互轉化;A l3-的基態構型呈等比三角形,具D3h對稱性;特殊的是A l3+的基態構型和次穩態均為直線型。A l3+和A l3-的基態與其它構型能量差值均較大,穩定性高,可以認為不存在亞穩結構。

A l4m(m=0,±1)基態為具D4h或D2h對……