密度泛函理论对TM(C_2B_4H_6)_2(TM=Sc-Ni)夹层化合物结构和性质的研究

【摘要】由于二茂铁FeCp2(Cp=C5H5)的发现，在现代有机金属化学里面，使得过渡金属(TM)夹层化合物受到了广泛的关注。迄今为止，大量的夹层化合物已经被合成，并且在科技方面得到了广泛的应用。本论文当中我们利用Gaussian09程序，采用密度泛函理论(DFT)下的杂化密度泛函B3LYP方法和全电子基组6-311+G(d)，在充分考虑自旋多重度的基础上对TM(2,3-C2B4H6)2、TM(2,4-C2B4H6)2、TM(2,6-C2B4H6)2(TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)夹层化合物的结构和性质做了研究。结果显示由2,4-C2B4H6配体形成的夹层化合物最稳定。随着过渡金属原子序数的增加，TM(2,4-C2B4H6)2中过渡金属到配体中心的距离TM-Cnt逐渐减小。从结合能的角度看，由2,4-C2B4H6配体形成的夹层化合物的稳定性顺序为：Ti(2,4-C2B4H6)2>Sc(2,4-C2B4H6)2>V(2,4-C2B4H6)2>Fe(2,4-C2B4H6)2>Ni(2,4-C2B4H6)2>Co(2,4-C2B4H6)2>Cr(2,4-C2B4H6)2>Mn(2,4-C2B4H6)2。对于磁性质来说，电子自旋磁矩从Sc到Ni的夹层化合物分别是1μB、0μB、1μB、2μB、3μB、2μB、1μB、0μB。夹层化合物的磁矩与配体和金属原子之间的相互作用紧密相关。我们还对TM(2,4-C2B4H6)2的正负离子形式也做了计算，并对它的几何结构和性质进行了研究。TM(2,4-C2B4H6)2失去一个电子后，TM-Cnt值较相应的中性结构都有所增加。除了TM=Mn外TM(2,4-C2B4H6)2+的TM-Cnt值仍随着过渡金属原子序数的增加逐渐减小。TM(2,4-C2B4H6)2得到一个电子后，TM(2,4-C2B4H6)2-(TM=Sc,Fe,Co)的TM-Cnt值较相应的中性结构有所减小，而其他TM(2,4-C2B4H6)2-的TM-Cnt值却较相应的中性结构所增加。除TM=Ni以外TM(2,4-C2B4H6)2-的TM-Cnt值仍随着过渡金属原子序数的增加逐渐减小。对于TM(2,4-C2B4H6)2得失电子TM-Cnt值的变化，可以从TM(2,4-C2B4H6)2的前线轨道进行解释。TM(2,4-C2B4H6)2(TM=Ti,Mn,Co,Ni)的绝热电离势较大，不容易失去电子。TM(2,4-C2B4H6)2(TM=Sc,Cr,Co)的绝热电子亲和势较大，较易得到电子。TM(2,4-C2B4H6)2(TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)正离子磁矩分别为0μB、1μB、2μB、3μB、2μB、3μB、0μB和1μB，负离子磁矩分别为0μB、1μB、2μB、3μB、4μB、1μB、0μB和1μB。有趣的是，发现Sc(2,4-C2B4H6)2夹层化合物当得到一个电子后，配体会出现较大幅度的旋转，且Ni(2,4-C2B4H6)2夹层化合物得到或者失去一个电子，配体都会大幅度旋转，旋转势垒很小，说明它们有可能作为分子马达。
【作者】康伟丽；
【导师】武海顺；
【作者基本信息】山西师范大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】夹层化合物；密度泛函理论；TM（2,4-C2B4H6）2；稳定性；电磁性；

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