ti2bn(n=1—10)团簇的结构与稳定性：基于从头算的研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014)233102Ti2B(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Ti2Bf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，ri2B团簇结构生长非常规律．所有的最稳定结构都可

2、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．QvDOI：10．7498／aps．63．233102另一方面，过渡金属fTM)掺杂

3、硼团簇的结构也一直深受广大实验与理论工作者的关注[12-24】．1引言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

4、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【l8J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

5、)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ZrBf．n=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：21031003)、

6、国家自然科学基金青年科学基金(批准号：21103101)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号：NCET一12—1035)和教育部科学技术研究重大项目基金(批准号：212022)资助的课题．t通讯作者．E—mail：jiajf@dns．sxnu，edu．an◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．cn233102—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．23(2014)233102型：本课题组也分别研究了TiB(n=1—12)【21J和B

7、3LYP／6—311+G(d1水平下得到的零点能进行了ScB(钆=1—12)[22]的结构，发现当礼=7，8时，相矫正．轨道分析则在B3LYP／6—311+O(d1水平完应团簇较为稳定，它们都具有单锥状三维结构．成．我们之前的研究已经证实这套计算方法适合对于双TM掺杂的硼团簇，Wang及其研究小TM修饰的硼团簇计算[21,22,27】．所有计算都采用组[25】在2006年就观察到了Au2B团簇，结合实验Gaussian09程序_3o_完成．与理论计算，指出Au2Br团簇的结构与B7S)-非为了得到最稳定的Ti2B团簇，除

8、了独立设计常相似、仅将BH7中的两个H原子替换为Au原了一些Ti2B团簇外，我们还考虑了在最稳定的子，为平面结构，其稳定性与较强的B—Au共价键B+2团簇[1-3]中用两个Ti原子替换两个B原子及平面芳香性有关．最近Wang及其研究小组[26]的各种结构；在TiB+1中[21]用一个Ti原子替换观察到了金属Ta形成的