从头计算方法比较研究B2Au4, Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构

姚文志 卢章辉 李思殿

引用本文: 姚文志, 卢章辉, 李思殿. 从头计算方法比较研究B2Au4, Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构[J]. 物理化学学报, 2014, 30(12): 2233-2240. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409301 shu
Citation:  YAO Wen-Zhi, LU Zhang-Hui, LI Si-Dian. A Comparative Ab initio Study of the Geometric and Electronic Structures of B2Au4, Al2Au4 and BAlAu4[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(12): 2233-2240. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409301 shu

从头计算方法比较研究B2Au4, Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构

  • 基金项目:

    华北水利水电学院高层次人才科学研究基金(201114) (201114)

    河南省教育厅重点科技项目(14A150024) (14A150024)

    江西省教育厅重点科技项目(GJJ14230) (GJJ14230)

    江西师范大学青年英才培育计划资助项目, 江西省青年科学家培养对象(20133BCB23011) (20133BCB23011)

    江西省赣鄱英才555 工程和国家自然科学基金(21103074)资助 (21103074)

摘要:

Au/H 相似性的研究是现代化学中的一个热门话题. 我们从理论上报道Au/H 相似的新成员: 共价化合物B2Au4, 离子化合物Al2Au4和BAlAu4. 采用密度泛函和波函数理论方法对比研究了缺电子体系B2Au4、Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构. 详细讨论了它们基态结构的轨道、适应性自然密度划分(AdNDP)和电子局域函数(ELF)分析. 计算结果表明稍微扭曲变形的C2B2Au4是基态结构, 在这个共价化合物中含有两个B―Au―B三中心二电子(3c-2e)键. 然而C3v Al+(AlAu4)-C3v Al+(BAu4)-被研究证明是含有三个X―Au―Al 三中心二电子键的类盐化合物(在Al2Au4中X=Al, BAlAu4中X=B). Al2Au4和BAlAu4是至今为止首例报道的在离子缺电子体系中含有金桥键的化合物. 同时计算了B2Au4-、Al2Au4- 和BAlAu4- 阴离子基态结构的绝热剥离能和垂直剥离能, 为实验表征提供依据. 文中报道的金桥键为共价键和离子键相结合的缺电子体系提供了一个有趣的键合模式, 有助于设计含有高度分散金原子的新材料和催化剂.

English

    1. [1]

      (1) PyykkI, P.; Desclaux, J. P. Accounts Chem. Res. 1979, 12, 276. doi: 10.1021/ar50140a002

      (1) PyykkI, P.; Desclaux, J. P. Accounts Chem. Res. 1979, 12, 276. doi: 10.1021/ar50140a002

    2. [2]

      (2) PyykkI, P. Chem. Rev. 1988, 88, 563. doi: 10.1021/cr00085a006(2) PyykkI, P. Chem. Rev. 1988, 88, 563. doi: 10.1021/cr00085a006

    3. [3]

      (3) Schwerdtfeger, P.; Dolg, M.; Schwarz,W. H. E.; Bowmaker, G. A.; Boyd, P. D.W. J. Chem. Phys. 1989, 91, 1762. doi: 10.1063/1.457082(3) Schwerdtfeger, P.; Dolg, M.; Schwarz,W. H. E.; Bowmaker, G. A.; Boyd, P. D.W. J. Chem. Phys. 1989, 91, 1762. doi: 10.1063/1.457082

    4. [4]

      (4) Schwerdtfeger, P. Chem. Phys. Lett. 1991, 183, 457. doi: 10.1016/0009-2614(91)90409-3(4) Schwerdtfeger, P. Chem. Phys. Lett. 1991, 183, 457. doi: 10.1016/0009-2614(91)90409-3

    5. [5]

      (5) (a) PyykkI, P. Angew. Chem. 2002, 114, 3723. doi: 10.1002/1521-3757(20021004)114:19<3723::AID-ANGE3723>3.0.CO;2-6(5) (a) PyykkI, P. Angew. Chem. 2002, 114, 3723. doi: 10.1002/1521-3757(20021004)114:19<3723::AID-ANGE3723>3.0.CO;2-6

    6. [6]

      (b) PyykkI, P. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 3573.(b) PyykkI, P. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 3573.

    7. [7]

      (6) (a) Schwarz, H. Angew. Chem. 2003, 115, 4580.(6) (a) Schwarz, H. Angew. Chem. 2003, 115, 4580.

    8. [8]

      (b) Schwarz, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2003, 42, 4442.(b) Schwarz, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2003, 42, 4442.

    9. [9]

      (7) Peer,W. J.; La wski, J. J. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 6260. doi: 10.1021/ja00487a064(7) Peer,W. J.; La wski, J. J. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 6260. doi: 10.1021/ja00487a064

    10. [10]

      (8) (a) Mudring, A. V.; Jansen, M.; Daniels, J.; Kramer, S.; Mehring, M.; Ramalho, J. P. P.; Romero, A. H.; Parrinello, M. H. Angew. Chem. 2002, 114, 128.(8) (a) Mudring, A. V.; Jansen, M.; Daniels, J.; Kramer, S.; Mehring, M.; Ramalho, J. P. P.; Romero, A. H.; Parrinello, M. H. Angew. Chem. 2002, 114, 128.

    11. [11]

      (b) Mudring, A. V.; Jansen, M.; Daniels, J.; Kramer, S.; Mehring, M.; Ramalho, J. P. P.; Romero, A. H.; Parrinello, M. H. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 120.(b) Mudring, A. V.; Jansen, M.; Daniels, J.; Kramer, S.; Mehring, M.; Ramalho, J. P. P.; Romero, A. H.; Parrinello, M. H. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 120.

    12. [12]

      (9) Hall, K. P.; Min s, D. M. P. Prog. Inorg. Chem. 1984, 32, 237. doi: 10.1002/SERIES2229(9) Hall, K. P.; Min s, D. M. P. Prog. Inorg. Chem. 1984, 32, 237. doi: 10.1002/SERIES2229

    13. [13]

      (10) Lauher, J.W.;Wald, K. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7648. doi: 10.1021/ja00415a040(10) Lauher, J.W.;Wald, K. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7648. doi: 10.1021/ja00415a040

    14. [14]

      (11) Burdett, J. K.; Eisenstein, O.; Schweizer,W. B. Inorg. Chem. 1994, 33, 3261. doi: 10.1021/ic00093a012(11) Burdett, J. K.; Eisenstein, O.; Schweizer,W. B. Inorg. Chem. 1994, 33, 3261. doi: 10.1021/ic00093a012

    15. [15]

      (12) (a) Zhai, H. J.; Bürgel, C.; Bonacic-Koutecky, V.;Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9156.(12) (a) Zhai, H. J.; Bürgel, C.; Bonacic-Koutecky, V.;Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9156.

    16. [16]

      (b)Wang, X. B.;Wang, Y. L.; Yang, J.; Xing, X. P.; Li, J.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16368. doi: 10.1021/a802408b(b)Wang, X. B.;Wang, Y. L.; Yang, J.; Xing, X. P.; Li, J.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16368. doi: 10.1021/a802408b

    17. [17]

      (13) Wang, L. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8694. doi: 10.1039/c003886e(13) Wang, L. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8694. doi: 10.1039/c003886e

    18. [18]

      (14) (a) Kiran, B.; Li, X.; Zhai, H. J.; Cui, L. F.;Wang, L. S. Angew. Chem. Int. Edit. 2004, 43, 2125.(14) (a) Kiran, B.; Li, X.; Zhai, H. J.; Cui, L. F.;Wang, L. S. Angew. Chem. Int. Edit. 2004, 43, 2125.

    19. [19]

      (b) Li, X.; Kiran, B.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4366.(b) Li, X.; Kiran, B.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4366.

    20. [20]

      (c) Kiran, B.; Li, X.; Zhai, H. J.;Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 133204.(c) Kiran, B.; Li, X.; Zhai, H. J.;Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 133204.

    21. [21]

      (15) Zhai, H. J.;Wang, L. S.; Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 1689. doi: 10.1021/jp0559074(15) Zhai, H. J.;Wang, L. S.; Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 1689. doi: 10.1021/jp0559074

    22. [22]

      (16) Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I.; Li, J.; Zhai, H. J.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 1648.(16) Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I.; Li, J.; Zhai, H. J.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 1648.

    23. [23]

      (17) Zhai, H. J.; Miao, C. Q.; Li, S. D.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12155. doi: 10.1021/jp108668t(17) Zhai, H. J.; Miao, C. Q.; Li, S. D.;Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12155. doi: 10.1021/jp108668t

    24. [24]

      (18) Li, D. Z.; Li, S. D. Int. J. Quantum Chem. 2011, 111, 4418. doi: 10.1002/qua.22993(18) Li, D. Z.; Li, S. D. Int. J. Quantum Chem. 2011, 111, 4418. doi: 10.1002/qua.22993

    25. [25]

      (19) Yao,W. Z.; Li, D. Z.; Li, S. D. J. Comput. Chem. 2011, 32, 218. doi: 10.1002/jcc.v32.2(19) Yao,W. Z.; Li, D. Z.; Li, S. D. J. Comput. Chem. 2011, 32, 218. doi: 10.1002/jcc.v32.2

    26. [26]

      (20) Zubarev, D. Yu.; Li, J.;Wang, L. S.; Boldyrev, A. I. Inorg. Chem. 2006, 45, 5269. doi: 10.1021/ic060615i(20) Zubarev, D. Yu.; Li, J.;Wang, L. S.; Boldyrev, A. I. Inorg. Chem. 2006, 45, 5269. doi: 10.1021/ic060615i

    27. [27]

      (21) Chen, Q.; Zhai, H. J.; Li, S. D.;Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2013, 138, 084306. doi: 10.1063/1.4792501(21) Chen, Q.; Zhai, H. J.; Li, S. D.;Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2013, 138, 084306. doi: 10.1063/1.4792501

    28. [28]

      (22) Yao,W. Z.; Yao, J. B.; Li, X. B.; Li, S. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1219. [姚文志, 姚建斌, 李新宝, 李思殿. 物理化学学报, 2013, 29, 1219.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303152(22) Yao,W. Z.; Yao, J. B.; Li, X. B.; Li, S. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1219. [姚文志, 姚建斌, 李新宝, 李思殿. 物理化学学报, 2013, 29, 1219.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303152

    29. [29]

      (23) Yao,W. Z.; Yao, J. B.; Li, S. D. Chin. J. Struct. Chem. 2012, 31, 1549.(23) Yao,W. Z.; Yao, J. B.; Li, S. D. Chin. J. Struct. Chem. 2012, 31, 1549.

    30. [30]

      (24) Yao,W. Z.; Liu, B. T.; Lu, Z. H.; Li, S. D. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 5178. doi: 10.1021/jp4026656(24) Yao,W. Z.; Liu, B. T.; Lu, Z. H.; Li, S. D. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 5178. doi: 10.1021/jp4026656

    31. [31]

      (25) Mohr, R. R.; Lipscomb,W. N. Inorg. Chem. 1986, 25,1053. doi: 10.1021/ic00227a033(25) Mohr, R. R.; Lipscomb,W. N. Inorg. Chem. 1986, 25,1053. doi: 10.1021/ic00227a033

    32. [32]

      (26) Lammertsma, K.; Güner, O. F.; Drewes, R. M.; Reed, A. E.; Schleyer, P. V. R. Inorg. Chem. 1989, 28, 313. doi: 10.1021/ic00301a032(26) Lammertsma, K.; Güner, O. F.; Drewes, R. M.; Reed, A. E.; Schleyer, P. V. R. Inorg. Chem. 1989, 28, 313. doi: 10.1021/ic00301a032

    33. [33]

      (27) Mains, G. J.; Bock, C.W.; Trachtman, M.; Finley, J.; McNamara, K.; Fisher, M.;Wociki, L. J. Phys. Chem. 1990, 94, 6996. doi: 10.1021/j100381a016(27) Mains, G. J.; Bock, C.W.; Trachtman, M.; Finley, J.; McNamara, K.; Fisher, M.;Wociki, L. J. Phys. Chem. 1990, 94, 6996. doi: 10.1021/j100381a016

    34. [34]

      (28) (a) Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5207. doi: 10.1039/b804083d(28) (a) Zubarev, D. Y.; Boldyrev, A. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5207. doi: 10.1039/b804083d

    35. [35]

      (b) Feng, G.; Huo, C. F.; Deng, C. M. J. Mol. Catal. A-Chem. 2009, 304, 58.(b) Feng, G.; Huo, C. F.; Deng, C. M. J. Mol. Catal. A-Chem. 2009, 304, 58.

    36. [36]

      (c) Galeev, T. R.; Chen, Q.; Guo, J. C.; Bai, H.; Miao, C. Q.; Lu, H. G.; Sergeeva, A. P.; Li, D.; Boldyrev, A. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 11575(c) Galeev, T. R.; Chen, Q.; Guo, J. C.; Bai, H.; Miao, C. Q.; Lu, H. G.; Sergeeva, A. P.; Li, D.; Boldyrev, A. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 11575

    37. [37]

      (29) (a) Silvi, B.; Savin, A. Nature 1994, 371, 683. doi: 10.1038/371683a0(29) (a) Silvi, B.; Savin, A. Nature 1994, 371, 683. doi: 10.1038/371683a0

    38. [38]

      (b) Becke, A.; Edgecombe, K. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5397.(b) Becke, A.; Edgecombe, K. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5397.

    39. [39]

      (30) Lu, H. G. In GXYZ Ver. 1.0, A Random Cartesian Coordinates Generating Program; Shanxi University: Taiyuan, 2008.(30) Lu, H. G. In GXYZ Ver. 1.0, A Random Cartesian Coordinates Generating Program; Shanxi University: Taiyuan, 2008.

    40. [40]

      (31) (a) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913(31) (a) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913

    41. [41]

      (b) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.(b) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.

    42. [42]

      (32) (a) Head- rdon, M. J.; Pople, A.; Frisch, M. J. Chem. Phys. Lett. 1988, 153, 503. doi: 10.1016/0009-2614(88)85250-3(32) (a) Head- rdon, M. J.; Pople, A.; Frisch, M. J. Chem. Phys. Lett. 1988, 153, 503. doi: 10.1016/0009-2614(88)85250-3

    43. [43]

      (b) Frisch, M. J.; Head- rdon, M.; Pople, J. A. Chem. Phys. Lett. 1990, 166, 275.(b) Frisch, M. J.; Head- rdon, M.; Pople, J. A. Chem. Phys. Lett. 1990, 166, 275.

    44. [44]

      (33) (a) Cizek, J. Adv. Chem. Phys. 1969, 14, 35.(33) (a) Cizek, J. Adv. Chem. Phys. 1969, 14, 35.

    45. [45]

      (b) Scuseria, G. E.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1989, 90, 3700.(b) Scuseria, G. E.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1989, 90, 3700.

    46. [46]

      (c) Pople, J. A.; Head- rdon, M.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 1987, 87, 5968.(c) Pople, J. A.; Head- rdon, M.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 1987, 87, 5968.

    47. [47]

      (34) (a) Dolg, M.;Wedig, U.; Stoll, H.; Preuss, H. J. Chem. Phys. 1987, 86, 866. doi: 10.1063/1.452288(34) (a) Dolg, M.;Wedig, U.; Stoll, H.; Preuss, H. J. Chem. Phys. 1987, 86, 866. doi: 10.1063/1.452288

    48. [48]

      (b) Martin, J. M. L.; Sundermann, A. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3408.(b) Martin, J. M. L.; Sundermann, A. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3408.

    49. [49]

      (35) Kendall, R. A.; Dunning, T. H.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796. doi: 10.1063/1.462569(35) Kendall, R. A.; Dunning, T. H.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796. doi: 10.1063/1.462569

    50. [50]

      (36) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2009.(36) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2009.

    51. [51]

      (37) Lu, T.; Chen, F.W. J. Comput. Chem. 2012, 33, 580. doi: 10.1002/jcc.v33.5(37) Lu, T.; Chen, F.W. J. Comput. Chem. 2012, 33, 580. doi: 10.1002/jcc.v33.5

    52. [52]

      (38) Liu, J.; Aeschleman, J.; Rajan, L. M.; Che, C.; Ge, Q. in Materials Issues in a Hydrogen Economy; Jena, P., Kandalam, A., Sun, Q. Eds.;World Scientific Publishing Co. Ptc. Ltd.: Singapore, 2009; p 234.(38) Liu, J.; Aeschleman, J.; Rajan, L. M.; Che, C.; Ge, Q. in Materials Issues in a Hydrogen Economy; Jena, P., Kandalam, A., Sun, Q. Eds.;World Scientific Publishing Co. Ptc. Ltd.: Singapore, 2009; p 234.

    53. [53]

      (39) Lammertsma, K.; Ohwada, T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7247. doi: 10.1021/ja960004x

      (39) Lammertsma, K.; Ohwada, T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7247. doi: 10.1021/ja960004x

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  654
  • 文章访问数:  885
  • HTML全文浏览量:  17
文章相关
  • 发布日期:  2014-11-27
  • 收稿日期:  2014-06-23
  • 网络出版日期:  2014-09-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章