Ti2Bn(n=1—10)团簇的结构与稳定性基于从头算的研究.pdf

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014) 233102 Ti2B (n=1—10)团簇的结构与稳定性： 基于从头算的研究冰 王转玉 康伟丽 贾建峰十 武海顺 (山西师范大学化学与材料科学学院，临汾 041004) (2014年 6月20日收到；2014年 7月25日收到修改稿 ) 采用密度泛函理论中的B3LYP方法，结合从头算的CCSD(T)方法对Ti2B f礼=1—10)团簇的稳定性 和电子性质进行了研究．发现两个Ti原子的掺杂导致B 团簇结构发生 了根本性变化．随着n的增大，rri2B 团簇结构生长非常规律．所有的最稳定结构都可看成双锥结构，并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶．根据 二阶差分能量分析，得 出Ti2B (礼= 1— 10)团簇 的幻数是6，7和8．进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B 原子解离能以及团簇的电子亲和势和 电离势．这些能量分析表明Ti2B6团簇既有 良好的热力学稳定性，又有 良好的动力学稳定性．应用前线轨道理论，对Ti原子与B6之间的成键进行了分析，了解其稳定性的根源． 关键词：Ti2B 团簇，稳定性，从头计算，电子结构 PACS：31．15．A一．36．40．Qv DOI：10．7498／aps．63．233102 另一方面，过渡金属fTM)掺杂硼团簇的结构 1 引 言 也一直深受广大实验与理论工作者的关注 [12--24】． 人们在实验上合成 了一系列轮状单TM 原子掺 在过去的几十年 中，硼和金属硼化物的体材料 杂的硼 团簇，如FeBs，FeB [12】，CoB ，RuB9[13]， 由于在耐火材料、超硬材料方面的应用，一直受到 TaB~0，NbB~-0[M]，RhB ，IrB9[]．这类化合物 的 广大研究者的关注．硼原子的缺 电子性质，使硼材 稳定性可 以通过 一双芳香性得 以解释 [16】．理论 料在结构与性质上显示出许多独特性．在体材料 计算方面，罗有华等 [17]研究了NiB (几=6—12) 及硼烷 中，由于硼原子倾 向于生成多中心键，使硼 团簇的结构与稳定性，指出当镍掺杂在B 团簇 中， 形成复杂的三维笼状结构．但对于小的硼团簇，光 除NiB12团簇的基态结构为平面结构外，其余均为 电子能谱结合不同的理论计算研究表明，它们倾向 三维结构；杨致等 l【8J研究了FeB (凡= l一6)团簇 于生成平面或准平面结构 [引．对更大尺寸的硼 的结构和磁性：Liu等 [19]利用密度泛函理论讨论 团簇及硼材料的新型结构，人们还在不断地探索 了3dTM掺杂硼簇TMB (TM =Cr，Mn，Fe，Co， 着 [6-11_．如Zhao等 6【]提出B80和其他 中等尺寸的 Ni，n≤7)的结构，发现当礼≤5时，相应TMB 硼 团簇倾向于形成 以小硼簇为核心的核壳结构，而 团簇为平面构型，由TM原子直接取代B +1团簇 非高对称 的空笼．Quarles等 []指出B80的稳定结 中一个B原子而得到．当n=6时，其结构为一个 构应该是 由12个被填充的五边形和6个空的六边 近似的带中心六边形．当礼=7时，大多数结构是 形构成．Lu等 [9,10J也报道了一系列新的硼团簇和 三维结构．Yao等 [20J计算了ZrB fn．= 1—12)团 硼单层结构． 簇，发现从n=4，ZrB 基态结构就出现了三维构 }国家自然科学基金(批准号、国家自然科学基金青年科学基金 (