混合铟钠团簇中Zintl阴离子特性研究
关键词 铟团簇 铝团簇 密度泛函理论 Zintl阴离子
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The viability of Indium Zintl anion moieties within NamAln clusters
Abstract
Zintl anions are multiply negatively charged polyatomic aggregates of main group elements,and most Zintl anions display multi-center, multi-electron bonding, and they can be described by the electronic counting principles developed for the boron hydrides.The design studied the geometry and the alectronic structure(Including the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital energy gap (HOMO-LUMO), average binding energy (BE), the adiabatic electron affinity (AEA), the vertical ionization energies (VIP)) of AlnNam and InnNam（n=5，6）clusters by Density functional theory,by analyzing the electronic structure,we can find that it is very similar in geometry and electronic stability between In5Na5，In6N2 and Al5Na5，Al6Na2.These clusters have a larger energy gap and binding energy, the higher the ionization energy and lower electron affinity energy than their neighbors,ie means that these clasters are very stable super claster.Considering the Al55- and Al62- have been proposed have the characteristics of the Zintl ions,we proposed that In55- and In62- should also have strong Zintl anion characteristics, and their stability can be explained qualitatively by the similar Jellium model,every metal atom displays trivalent,there are 20 electronics,just fill the 1s21p61d10 ,then the electron configuration becomes closed shell.
Keywords In clusters Al clusters Density functional theory (DFT) Zintl anions
目 次
1 引言 1
2 计算方法 4
2.1 密度泛函理论（Density functional theory，简称DFT） 4
2.2 Materials Studio软件简介 9
3 结果与讨论 10
3.1 Al5Nan（n=1-5）的结果与讨论 11
3.2 Al5Nan（n=1-3）的结果与讨论 14
3.3 In5Nan（n=1-5）的结果与讨论 16
3.4 In6Nan（n=1-3）的结果与讨论 19
结论 22
致谢 23
参考文献24
1 引言
Zintl相是以化学家Edward Zintl的名字命名，一般来说，Zintl相出现在金属和离子形成的合成物中并以固态的形式存在，如同离子型盐类AX化合物（NaCl），由带正电元素A和带负电的主族元素X形成。A+和X-如同盐中的阴阳离子，他们通过大量的X-X键合的存在下结合。[1]最为典型的Zintl相是NaTl，成分特类似于NaCl，然而结构完全不同，Tl阴离子不能看作为孤立的，每个Tl阴离子与周围4个邻近的Tl离子形成共价键，类似金刚石晶格。[2]
Zintl阴离子是多重带负电荷的主族元素的多原子聚合物，并且通常与基于化学溶液的裸簇相关联，例如，Sn52-，Sb73-，Pb94-和Bi42-。[3]在Zintl相中，Zintl阴离子的特征在于通过X-X键合。此外，Klemm把Zintl阴离子描述为常有的“赝原子”的等价物。[4]例如，As88-和Sb88-的S8环中硫元素是等电子且同构的。[5]大多数Zintl显示为多中心，多电子键合，并且它们可以通过为硼氢化物制定的电子计数原则来描述。例如，从电子计数wade规则可预测Ge94-和Pb102-等阴离子是Zintl阴离子，满足wade提出的wade规则后来又被Mingos发展起来的wade-mingos规则，稳定的硼氢团簇具有closo-,nido-,和arachno-三角面的多面体结构，根据规则分别需要2n+2, 2n+4, 和2n+6电子（n是团簇顶角的数目）。如众所周知的二十面体B12H122-团簇，每个BH贡献2个电子形成共价键，额外的两个电子贡献整个笼子。这样，n=12，将有24个电子对笼子上的成键是可利用的，但是规则中的2n+2需要2*12+2=26来稳定环形的closo-构型。B12H122-团簇一定需要额外的2个电子才能稳定，因此存在的稳定态就是带有2个电荷的阴离子。[6][7]在主族14,15元素中，如果假设这些元素外层的2个s电子属于中心不参与其他原子的作用，p轨道电子参与形成共价壳层，那么在Sn5-团簇中，将有2*5+2=12电子，按照wade-mingos规则，Sn5-具有5个顶角的closo-构型的多面体结构。[8]对于Bi42-团簇来说，有4*3+2=14个电子，它是含有4个顶角的arachno-构型的团簇（2*4+6=14）。类似B12H122-团簇，Sn同BH对是等同电子，因此Sn122-也形成了closo-构型，也是一个笼状形的Zintl阴离子。[9]
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