硼相关团簇的理论结构预测及性质分析

【摘要】B是第三主族元素,其电子组态是1s22s2p1,是缺电子元素。近几十年来,人们对硼的成键方式给予了很大关注,因此,许多实验与理论研究都对硼团簇,硼烷团簇等许许多多与硼相关的团簇进行了报导。本文主要对(B2O3)n(n=1-6)团簇进行了结构优化,并做了性质分析；设计了平面结构X@BnHn(X=Be,B+,V-,Cr,Mn+;n=5-8),对其性质和成键方式作了细致的探讨。主要研究内容如下：1、(B2O3)n(n=1-6)团簇几何结构和电子性质的理论预测我们采用遗传算法结合密度泛函理论调研了(B2O3)n(n=1-6)团簇的结构。与高水平耦合团簇方法对比,基准测试表明我们所采用的TPSSh泛函在预测(B2O3)n团簇的不同异构体能量序列方面是可靠的。结果表明,(B2O3)n(n=1-6)团簇的全局最优结构在n小于等于3时是平面的,在n等于4到6时是笼状的。当n=6时其最优结构是一个对称性为Tb的富勒烯。根据理论原子化能分析,三维结构的稳定性随尺寸增大而增大。由AdaptiveNaturalDensityPartitioning(AdNDP)给出的自然键分析显示在四元环和六元环上有离域的π键,而且笼和环的中心都呈芳香性。2、(准)平面X@BnHn(X=B+,Be;n=5-8)的电子性质研究我们运用密度泛函理论研究了X@BnHn(X=B+,Be;n=5-8)的稳定性。几何优化显示中心原子的直径和环的尺寸都会影响X@BnHn结构的稳定性。所有结构都有着较大的能隙,键能,电离能和电子亲和能,说明这些结构在热力学上都是稳定的。核独立化学位移值和化学键分析都表明这些(准)平面结构都是π芳香性的。3、(准)平面M@BnHn(M=V-,Cr,Mn+)的成键分析：苯类似物我们运用密度泛函理论对(准)平面M@BnHn(M=V-,Cr,Mn+;n=5-8)的稳定性进行了调研。对于n=6-8,这些(准)平面化合物在TPSSh/6-311+G**水平下是局部最优结构。较大的能隙,键能,垂直分解能和垂直电子亲和能分析证明这些优化后的结构都具有热力学稳定性。从键能值的变化趋势可看出,当n=7时周边原子和中心原子半径最匹配。中心金属原子M的d原子轨道与周围原子的π离域键作用使得这些(准)平面结构成为苯的类似物,同样也具有芳香性。该工作充分说明金属嵌入式环硼烷是一种新的芳香性分子。
【作者】李丽芬；
【导师】程龙玖；
【作者基本信息】安徽大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】密度泛函；遗传算法；全局优化；氧化硼团簇；硼烷；

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