Cấu trúc, độ ổn định và quá trình phân ly của cụm nguyên tử A¬gnCo (n=1-12): Một nghiên cứu lý thuyết
265 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.86.2023.103-109Từ khóa:
Phiếm hàm mật độ; Cụm nguyên tử bạc; Cụm nguyên tử cobalt; Quá trình phân ly.Tóm tắt
Cấu trúc hình học, độ ổn định, năng lượng phân ly và từ tính của các cụm nguyên tử AgnCo (n = 1–12) đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng lý thuyết hàm mật độ. Kết quả cho thấy nguyên tử Co có xu hướng lựa chọn vị trí có số phối trí cao nhất. Các cụm nguyên tử AgnCo có dạng hình học phẳng ở kích thước nhỏ (n = 4) và tạo thành cấu trúc 3D ở kích thước lớn hơn (n = 5–12). Tính bền vững của các cụm nguyên tử không chỉ bị chi phối bởi cấu trúc hình học mà còn phụ thuộc mạnh vào cấu trúc điện tử. Đặc biệt, cụm Ag9Co với 18 điện tử hóa trị lấp đầy lớp vỏ điện tử (1S21P63dCo10), được tiên đoán là một siêu nguyên tử tiềm năng. Điều thú vị là tổng mômen từ của các cụm AgnCo phụ thuộc vào các điện tử định xứ trên nguyên tử Co. Tính bền vững tương đối của các cụm được xác định bởi năng lượng liên kết trung bình, sự chênh lệch năng lượng liên kết bậc hai và năng lượng phân ly.
Tài liệu tham khảo
[1]. Medel, V.M., et al., ''Nature of Valence Transition and Spin Moment in AgnV+ Clusters", Journal of the American Chemical Society, 136, 8229-8236, (2014).
[2]. Ngo Thi Lam., et al., "DFT investigation of Au9M2+ nanoclusters (M = Sc-Ni): The magnetic superatomic behavior of Au9Cr2+", Chem. Phys. Lett., 793, 139451, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139451
[3]. A. Yang, W. Fa, J. Dong, "Magnetic Properties of Transition Metal Doped Tubular Gold Clusters: M@Au24 (M=V, Cr, Mn, Fe, Co and Ni)", J. Phys. Chem. A, 114, 4031, (2010). DOI: https://doi.org/10.1021/jp908511m
[4]. F. Alkan, A. Muñoz-Castro, C.M. Aikens, "Relativistic DFT Investigation of Electronic Structure Effects Arising from Doping the Au25 Nanocluster with Transition Metals", Nanoscale, 9, 15825, (2017). DOI: https://doi.org/10.1039/C7NR05214F
[5]. Zhang, M., et al., "Low-energy isomer identification, structural evolution, and magnetic properties in manganese-doped gold clusters MnAun (n= 1–16)", The Journal of Physical Chemistry A, 116 1493, (2012). DOI: https://doi.org/10.1021/jp2094406
[6]. Nguyen Minh Tam, Nguyen Thi Mai, Hung Tan Pham, Ngo Tuan Cuong and Nguyen Thanh Tung, "Ultimate Manipulation of Magnetic Moments in the Golden Tetrahedron Au20 with a Substitutional 3d Impurity", J. Phys. Chem. C 122, 16256, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b03378
[7]. Hou, X.-J., et al., "Theoretical study of the geometric and electronic structure of neutral and anionic doped silver clusters, Ag5X0,− with X= Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni", Chemical physics, 330, 379, (2006). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2006.09.007
[8]. Dong, R., et al., "Structural, electronic and magnetic properties of AgnFe clusters (n⩽ 15): local magnetic moment interacting with delocalized electrons", Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 44, 035102, (2011). DOI: https://doi.org/10.1088/0953-4075/44/3/035102
[9]. Harb, M., F. Rabilloud, and D. Simon, "Structural, electronic, magnetic and optical properties of icosahedral silver–nickel nanoclusters", Physical Chemistry Chemical Physics, 12 4246, (2010). DOI: https://doi.org/10.1039/b912971e
[10]. R. Xiong, D. Die, Y.G. Xu, B.X. Zheng, Y.C. Fu "Probing the Structural, Electronic and Magnetic Properties of AgnSc (n=1-16) Clusters", Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 15824, (2018). DOI: https://doi.org/10.1039/C8CP02605J
[11]. Chakra P. Joshi, Megalamane S. Bootharaju, and Osman M. Bakr "Tuning Properties in Silver Clusters", J. Phys. Chem. Lett. 6, 15, 3023, (2015). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b00934
[12]. Xi Kang, Yingwei Li, Manzhou Zhu and Rongchao Jin, "Atomically precise alloy nanoclusters: syntheses, structures, and properties", Chem. Soc. Rev., 49, 6443, (2020). DOI: https://doi.org/10.1039/C9CS00633H
[13]. Huayan Yang, Yu Wang, Huaqi Huang, Lars Gell, Lauri Lehtovaara, Sami Malola, Hannu Häkkinen & Nanfeng Zheng, "All-thiol-stabilized Ag44 and Au12Ag32 nanoparticles with single-crystal structures", Nature Communications 4, 2422, (2013). DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms3422
[14]. Jie Yang, Runqiang Pang Dongpo Song and Man-Bo Li "Tailoring silver nanoclusters via doping: advances and opportunities", Nanoscale Adv., 3, 2411, (2021). DOI: https://doi.org/10.1039/D1NA00077B
[15]. Mokkath, J.H. and U. Schwingenschlögl, "Structural and optical properties of Si-doped Ag clusters", The Journal of Physical Chemistry C, 118, 4885, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/jp4112958
[16]. Zhao, G.-f., J.-m. Sun, and Z. Zeng, "Absorption spectra and electronic structures of AumAgn (m+ n= 8) clusters". Chemical Physics, 342, 267, (2007). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2007.10.019
[17]. Li, W. and F. Chen, "Alloying effect on performances of bimetallic Ag–Au cluster sensitized solar cells", Journal of Alloys and Compounds, 632, 845, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.306
[18]. Chang, L., H. Xu, and D. Cheng, "Role of ligand type on the geometric and electronic properties of Ag–Au bimetallic clusters". Computational and Theoretical Chemistry, 1045, 35, (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.comptc.2014.06.023
[19]. Zhang, N., F. Chen, and X. Wu, "Global optimization and oxygen dissociation on polyicosahedral Ag32Cu6 core-shell cluster for alkaline fuel cells", Scientific reports, 5, 1, (2015). DOI: https://doi.org/10.1038/srep11984
[20]. Ma, W. and F. Chen, "Optical and electronic properties of Cu doped Ag clusters", Journal of alloys and compounds, 541, 79, (2012). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.06.105
[21]. Sargolzaei, M., N. Lotfizadeh, "Spin and orbital magnetism of a single 3 d transition-metal atom doped into icosahedral coinage-metal clusters X12 (X= Cu, Ag, Au)", Physical Review B, 83, 155404, (2011). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.155404
[22]. Zhang, M., et al., "Probing the magnetic and structural properties of the 3d, 4d, 5d impurities encapsulated in an icosahedral Ag12 cage", Physica B: Condensed Matter, 405, 642, (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.09.080
[23]. Chen, L., et al., "Chemical coupling sers properties of pyridine on silver-caged metal clusters M@ Ag12 (M= V−, Nb−, Ta−, Cr, Mo, W, Mn+, Tc+, Re+)", Journal of Electronic Materials, 46, 3904, (2017). DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-016-4993-4
[24]. Medel, V.M., et al., Nature of valence transition and spin moment in AgnV+ clusters. Journal of the American Chemical Society, 136, 8229, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/ja412064c
[25]. Gong, X., et al., "Spin–orbit Splitting and Magnetism of Icosahedral M@ Ag12 Clusters (M= 3d and 4d atoms)", Journal of Cluster Science, 26, 759, (2015). DOI: https://doi.org/10.1007/s10876-014-0737-x
[26]. Rodríguez-Kessler, P.L. and A.R. Rodríguez-Domínguez, "Structural, electronic, and magnetic properties of AgnCo (n=1–9) clusters: A first-principles study", Computational and Theoretical Chemistry, 1066, 55, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.comptc.2015.05.009
[27]. Frisch, M., et al., "Gaussian 09, revision D. 01. 2009", Gaussian, Inc., Wallingford CT, (2009).
[28]. Hohenberg, P. and W. Kohn, "Density functional theory (DFT)", Phys. Rev, 136, B864 (1964). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.136.B864
[29]. Simard, B., et al., "The bond length of silver dimer", Chemical physics letters, 186, 415, (1991). DOI: https://doi.org/10.1016/0009-2614(91)90201-J
[30]. Kant, A. and B. Strauss, "Dissociation energies of diatomic molecules of the transition elements. II. Titanium, chromium, manganese, and cobalt", The Journal of Chemical Physics, 41, 3806, (1964). DOI: https://doi.org/10.1063/1.1725817
[31]. Li, S.F., et al., "Role of Ag-doping in small transition metal clusters from first-principles simulations", The Journal of Chemical Physics, 131, 184301, (2009). DOI: https://doi.org/10.1063/1.3261728
[32]. Mai, N.T., et al., Systematic Investigation of the Structure, Stability, and Spin Magnetic Moment of CrMn Clusters (M = Cu, Ag, Au, and n = 2–20) by DFT Calculations", ACS Omega, 6, 20341, (2021). DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c02282
