基于BemOn(m+n=3、4、5)團簇的幾何結構研究

□余利瑞

理氧化鈹是一種稀有的氧化物，它主要適用于陶瓷材料。此外，鈹氧化鈹是必不可少的原子能量，用于火箭，導彈，航空和冶金工業。任等人已經研究了BeO的幾何和電子的性質，如結合能、穩定性以及芳香性等[1]。(BeO)n(n=212、16、20和24)的幾何結構也被研究[2]。Boldyrev等人已經計算了BeOBe的分子性質，如鍵長和總能量。Srnec等人利用B3LYP/CCPVDZ方法研究了其在超表面上的性質。然而，所有的調查主要是專注于研究其幾何結構，對更復雜的團簇，如不同數量的Be原子和O原子目前還沒有報道，所以在這篇文章中，我們主要關注的Be和O構成的復雜體系的幾何結構。

一、計算方法及結果

尋找同分異構體的過程中初始結構是一個關鍵點。按照Ryzhkov等人提出的二項式方案，如圖1所示，首先可以優化BeO穩定結構，形成BeO穩定的Be2O和BeO2團簇，通過添加一個Be或O原子形成Be2O和BeO2，優化得到其穩定異構體，再添加一個Be或O原子來形成BeO3，Be2O2和Be3O團簇的初始結構。Be3O2和Be2O3和BeO4的初始結構也可以用同樣的方式。應該注意到：不同添加原子的位置會導致許多不同的結構，其中有一些初始結構可能最后優化得到同一個相同的穩定結構。因此，位置的選擇很關鍵。通過振動頻率來確認團簇能量的穩定性。所有的計算都用廣義梯度近似PW91，基于密度泛函理論的基礎DNP(DFT)，在Dmol3模塊中實現。

根據二項式方案，我們已經建立了BemOn(m+n=3、4、5)的初始結構，通過優化計算獲得了穩定的結構。所有結構通過確認無虛頻率出現來進一步確認其能量的穩定性。對于BemOn(m+n=3)團簇，我們獲得了3種穩定的結構，并在圖2中顯示。那只有一種比氧異構體被編號為“1”，其他兩種比一種異構體分別為“2”和“3”。

圖1 構建BemOn(m+n=3,4,5)團簇的方案

圖2 BemOn(m+n=3)同分異構體

對于BemOn(m+n=4)集群，從大量初始結構中得到了9個穩定結構。如圖3所示，有兩個Be3O異構體編號為“1”和“2”，3個Be2O2同分異構體為“3”，“4”和“5”和4個BeO3異構體分別為“6”、“7”、“8”和“9”。對于BemOn(m+n=5)團簇，總共有18個穩定的異構體，如圖4所示，包括2個Be4O異構體，5個Be3O2異構體，4個Be2O3同分異構體和7個BeO4異構體。它們的編號分別為1到18。

圖3 BemOn(m+n=4)同分異構體

圖4 BemOn(m+n=5)同分異構體

二、結語

本文優化計算了BemOn(m+n=3、4、5)團簇的幾何結構。通過頻率分析最終獲得3個BemOn(m+n=3)，9個BemOn(m+n=4)和18個BemOn(m+n=5)結構。本文所提供的結果為BemOn(m+n=3、4、5)的體系的相關研究提供一定的理論指導。