Nghiên cứu lý thuyết sự pha tạp của kim loại chuyển tiếp chu kỳ 4 vào cluster của germanium Ge14M
184 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.87.2023.50-58Từ khóa:
Cluster germanium pha tạp; Lý thuyết phiếm hàm mật độ; Năng lượng liên kết; Năng lượng pha tạp.Tóm tắt
Hình học, độ bền, cấu trúc electron và tính chất từ của các cụm Ge14M với M là nguyên tử kim loại chuyển tiếp 3d, từ Sc đến Zn, được nghiên cứu bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ với phiếm hàm B3PW91 và bộ hàm cơ sở 6-311+G(d). Các kết quả cho thấy cụm Ge14M ưu tiên tồn tại ở trạng thái spin thấp nhất có thể có của nó trừ các trường hợp M là Fe, Cr. Độ bền nhiệt động của các cấu trúc được đánh giá qua các giá trị năng lượng liên kết trung bình và năng lượng pha tạp. Các cụm Ge14Ti và Ge14V được xem là bền nhất trong dãy Ge14M (M = Sc – Zn) với kiểu hình học thuộc nhóm điểm C2 có M nằm ở tâm lăng trụ lục giác của cluster Ge12 có gắn thêm hai nguyên tử Ge nằm hơi lệch phía trên và dưới hai mặt Ge6. Chỉ duy nhất cấu trúc Ge14Fe ở trạng thái spin cao với moment từ 2mB là bền trong dãy này.
Tài liệu tham khảo
[1]. J. Atobe, K. Koyasu, S. Furuse, and A. Nakajima, “Anion photoelectron spectroscopy of germanium and tin clusters containing a transition- or lanthanide-metal atom; MGen− (n = 8–20) and MSnn− (n = 15–17) (M = Sc–V, Y–Nb, and Lu–Ta),” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 14, no. 26, pp. 9403–9410, (2012). DOI: https://doi.org/10.1039/c2cp23247b
[2]. Q. Jing, F. Tian, and Y. Wang, “No quenching of magnetic moment for the GenCo (n=1–13) clusters: First-principles calculations,” The Journal of Chemical Physics, vol. 128, no. 12, p. 124319, (2008). DOI: https://doi.org/10.1063/1.2898880
[3]. M. Shibuta, T. Niikura, T. Kamoshida, H. Tsunoyama, and A. Nakajima, “Nitric oxide oxidation of a Ta encapsulating Si cage nanocluster superatom (Ta@Si16) deposited on an organic substrate; a Si cage collapse indicator,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 20, no. 41, pp. 26273–26279, (2018). DOI: https://doi.org/10.1039/C8CP05580G
[4]. M. Kumar, N. Bhattacharyya, and D. Bandyopadhyay, “Architecture, electronic structure and stability of TM@ Ge (n)(TM= Ti, Zr and Hf; n= 1-20) clusters: a density functional modeling,” Journal of molecular modeling, vol. 18, no. 1, pp. 405–418, (2012). DOI: https://doi.org/10.1007/s00894-011-1122-4
[5]. H. T. Nguyen, N. T. Cuong, N. T. Lan, N. T. Tung, M. T. Nguyen, and N. M. Tam, “First-row transition metal doped germanium clusters Ge16M: some remarkable superhalogens,” RSC Advances, vol. 12, no. 21, pp. 13487–13499, (2022). DOI: https://doi.org/10.1039/D1RA08527A
[6]. C. Siouani, S. Mahtout, S. Safer, and F. Rabilloud, “Structure, Stability, and Electronic and Magnetic Properties of VGen (n = 1–19) Clusters,” The Journal of Physical Chemistry A, vol. 121, no. 18, pp. 3540–3554, (2017). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpca.7b00881
[7]. W.-J. Zhao and Y.-X. Wang, “Geometries, stabilities, and magnetic properties of MnGen (n=2–16) clusters: Density-functional theory investigations,” Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, vol. 901, no. 1, pp. 18–23, (2009). DOI: https://doi.org/10.1016/j.theochem.2008.12.039
[8]. W.-J. Zhao and Y.-X. Wang, “Geometries, stabilities, and electronic properties of FeGen (n=9–16) clusters: Density-functional theory investigations,” Chemical Physics, vol. 352, no. 1, pp. 291–296, (2008). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2008.07.006
[9]. K. Dhaka and D. Bandyopadhyay, “Study of the electronic structure, stability and magnetic quenching of CrGen (n = 1–17) clusters: a density functional investigation,” RSC Advances, vol. 5, no. 101, pp. 83004–83012, (2015). DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA13849C
[10]. K. Wang, Z.-Z. Jia, R.-Y. Wang, X.-D. Zhu, R. Moro, and L. Ma, “TMGe8-17− (TM = Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) clusters: group determined properties,” The European Physical Journal Plus, vol. 137, no. 8, p. 949, (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03141-4
[11]. X.-J. Deng, X.-Y. Kong, H.-G. Xu, X.-L. Xu, G. Feng, and W.-J. Zheng, “Photoelectron Spectroscopy and Density Functional Calculations of VGen– (n = 3–12) Clusters,” The Journal of Physical Chemistry C, vol. 119, no. 20, pp. 11048–11055, (2015). DOI: https://doi.org/10.1021/jp511694c
[12]. M.J. Frisch et al., “Gaussian 09 Revision C.01, Gaussian Inc. Wallingford CT.,” Computer program. (2010).
[13]. G. V Gadiyak, Y. N. Morokov, A. G. Mukhachev, and S. V Chernov, “Electron density functional method for molecular system calculations,” Journal of Structural Chemistry, vol. 22, no. 5, pp. 670–674, (1982). DOI: https://doi.org/10.1007/BF00746425
[14]. J. R. Lombardi and B. Davis, “Periodic Properties of Force Constants of Small Transition-Metal and Lanthanide Clusters,” Chemical Reviews, vol. 102, no. 6, pp. 2431–2460, (2002). DOI: https://doi.org/10.1021/cr010425j
[15]. A. Neckel and G. Sodeck, “Bestimmung der Dissoziationsenergien der gasförmigen Moleküle CuGe, AgGe und AuGe,” Monatshefte für Chemie / Chemical Monthly, vol. 103, no. 1, pp. 367–382, (1972). DOI: https://doi.org/10.1007/BF00912960
[16]. A. D. Sappey, J. E. Harrington, and J. C. Weisshaar, “Resonant two‐photon ionization‐photoelectron spectroscopy of Cu2: Autoionization dynamics and Cu2+ vibronic states,” The Journal of chemical physics, vol. 91, no. 7, pp. 3854–3868, (1989). DOI: https://doi.org/10.1063/1.456870
[17]. K. Hilpert and R. Ruthardt, “Determination of the dissociation energy of the Cr2 molecule,” Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie, vol. 91, no. 7, pp. 724–731, (1987). DOI: https://doi.org/10.1002/bbpc.19870910707
[18]. D. Bandyopadhyay, “Architectures, electronic structures, and stabilities of Cu-doped Gen clusters: density functional modeling,” Journal of Molecular Modeling, vol. 18, no. 8, pp. 3887–3902, (2012). DOI: https://doi.org/10.1007/s00894-012-1374-7
