CmNn（m,n=1-10,4≤m＋n≤11）团簇的结构和稳定性研究.pdfVIP

第 12卷第 4期 杭州师范大学学报 (自然科学版) V01．12NO．4 2013年 7月 JournalofHangzhouNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Ju1．2o13 CmN ( ，／／=1—10，4≤ + ≤11)团簇的结构和 稳定性研究 马志伟，李宝兴，顾娇娇 (杭州师 范大学理学院 ，浙江 杭 州 310036) 摘 要：采用基于第一性原理的ADF程序，对锯齿型N (=4—11)团簇掺杂质 c原子后的稳定性以及它 们的几何和 电子结构等进行系统地研究．通过二级能量差计算得到原子总数为奇数 的混合 团簇 中含有 4个 N 原子的团簇较为稳定；而原子总数为偶数含有 2个 N原子的混合 团簇较为稳定．文章还对纯 N团簇锯齿形结构 的成键特性进行 了分析 ，解释 了掺人多个杂质 C原子后 ，c原子连线处出现结构被拉直 的现象． 关键词 ：氮化碳 团簇 ；几何结构 ；稳定性 ；轨道 中图分类号 ：0469 文献标志码 ：A 文章编号 ：1674—232X(2013)04—0359-06 0 引 言 氮是一种 比较奇特的化学元素 ，通常的单质形态是氮气 ，无色无味无臭．N—N之间可以是单键、双键 和三键 ，双键的强度高于单键强度 2倍_l】]，叁键的强度又高于单键强度 5倍之多．因此 ，以叁键存在 的N。 分子具有很高的稳定性 ，通常不易发生化学反应 ，而呈现化学惰性．碳是地球上最为丰富的化学元素 ，并以 多种形式广泛存在于 自然界中．常见的建筑材料钢铁中，碳元素是其主要成分之一．晶莹美丽、光彩夺 目的 金刚石是一种单质碳 ，它是 自然界中最硬的物质．另一种 由碳元素组成 的用途广泛的石墨乌黑柔软，又是 自然界中最软的矿石之一．随着 c。富勒烯和纳米碳管等_2]的相继发现 ，人们对碳又有了新的认识 ，并 因 此开辟 了一个全新的研究领域． 氮、碳两元素仅相差一个电子 ，混合这两种元素所制成的材料 由于具有一些新奇的性质而倍受关注． 对于晶体材料 ，理论上首先预言 J3一C。N 的硬度可能与金 刚石相媲美ll5]．之后 ，氮化碳的结构、性质以及实 验上的合成迅速成为人们研究的焦点 ]．关于氮化碳团簇 ，在理论上有很多的报道 ，这些研究对于探索氮 化碳材料 的生长机理及应用具有重要 的意义 [1 ]．Jiang等口。。。在 DFT／B3LYP／6—31G 理论框架 内对 C N (m一1—14)团簇进行 了探索 ，结果表 明除了C N 外 ，CN (m一1—5)阴离子为链状结构 ，而 CN (一2—14)阳离子团簇及 CN ( 一6—14)阴离子团簇为线性构型且具有 D。。对称性 ；通过对能 隙及绝热电离能的计算发现 ，c N (m一1—14)中 为偶数时的中性 团簇 比 为奇数时更加稳定 ；而对 于 C N (m一1—14)阳离子团簇的稳定性 同样 出现 了奇偶交替现象，即m为偶数时阳离子团簇 的稳定性 收稿 日期 ：2012-10—07 基金项 目：浙江省 自然科学基金项 目(Y6100098)． 通信作者 ：李宝兴(1960 )，男，教授 ，主要从事 团簇研究 ．E—mail：phybxli@aliyun．Corn 360 杭州师范大学学报 (自然科学版) 2O13正 要高于m为奇数时，但对于相应的阴离子团簇则相反，这与在 TOF信号强度下观察到的结果相一致．此外， Chen等[1112用密度泛函方法对 N (一1—8)和 N (一1—13)阴离子团簇进行了研究，Mogren等[13]发 现在 N (一1--4，===1—4，m+n一2—5)中性团簇 ，阴离子团簇和阳离子团簇的最低能态的结构中，氮原 子都趋向于末端位置且为叁键 ，阴离子团簇的稳定性要低于相应中性团簇和阳离子团簇． 实验上对氮化碳 团簇的研究也取得了进展．Garand等_6。通过高分辨率电子扫描成像得到 CzN一( ：==1—3)基态均呈线性。∑一态 ；在实验上也验证 了C：+N一稳定于 c N ，并出现奇偶交替现象．