Nghiên cứu cấu trúc electron của cluster ScSi4 −/0 bằng phương pháp đa cấu hình CASSCF/CASPT2

Các trạng thái electron cơ bản và trạng thái electron kích thích của các cluster ScSi4 −/0 được nghiên cứu bằng phiếm hàm B3LYP và phương pháp CASSCF/CASPT2. Trạng thái electron cơ bản của cluster ScSi4 − là 1 A′ (1 A1 ) thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3 -(Si4 )Sc− . Trạng thái cơ bản của cluster ScSi4 là 2 B1 thuộc đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η4 -(Si4 )Sc. Các đồng phân dạng phẳng η3 -(Si4 )Sc−/0 có năng lượng cao hơn các đồng phân dạng lưỡng tháp tam giác η3 -(Si4 )Sc−/0.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu cấu trúc electron của cluster ScSi4 −/0 bằng phương pháp đa cấu hình CASSCF/CASPT2Khoa học Tự nhiênNghiên cứu cấu trúc electron của cluster ScSi4−/0bằng phương pháp đa cấu hình CASSCF/CASPT2Nguyễn Minh Thảo1,2, Nguyễn Hoàng Khang3, Trần Quốc Trị1, Bùi Thọ Thanh2, Trần Văn Tân1*21Bộ môn Hóa lý thuyết và hóa lý, Trường Đại học Đồng ThápKhoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh3Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Cần ThơNgày nhận bài 19/10/2017; ngày chuyển phản biện 23/10/2017; ngày nhận phản biện 23/11/2017; ngày chấp nhận đăng 1/12/2017Tóm tắt:Các trạng thái electron cơ bản và trạng thái electron kích thích của các cluster ScSi4−/0 được nghiên cứu bằng phiếmhàm B3LYP và phương pháp CASSCF/CASPT2. Trạng thái electron cơ bản của cluster ScSi4− là 1A′ (1A1) thuộc đồngphân dạng lưỡng tháp tam giác η3-(Si4)Sc−. Trạng thái cơ bản của cluster ScSi4 là 2B1 thuộc đồng phân dạng lưỡngtháp tam giác η4-(Si4)Sc. Các đồng phân dạng phẳng η3-(Si4)Sc−/0 có năng lượng cao hơn các đồng phân dạng lưỡngtháp tam giác η3-(Si4)Sc−/0. Năng lượng của các quá trình tách electron ra khỏi cluster anion đã được tính toán vàso sánh với thực nghiệm. Tất cả các dãy phổ trong phổ quang electron được giải thích. Quá trình mô phỏng hệ sốFranck-Condon cho thấy các bước tiến dao động của các bước chuyển 1A′→12A′ và 1A′→12A″ là phù hợp với hìnhdạng của dãy đầu tiên trong phổ quang electron của cluster ScSi4−.Từ khóa: B3LYP, CASSCF/CASPT2, các cluster ScSi4−/0, cấu trúc.Chỉ số phân loại: 1.4Study on the structures of ScSi4 clustersby multiconfigurational CASSCF/CASPT2methods–/0Minh Thao Nguyen1,2, Hoang Khang Nguyen3,Quoc Tri Tran1, Tho Thanh Bui2, Van Tan Tran1*Theoretical and Physical Chemistry Division, Dong Thap University2Faculty of Chemistry, VNUHCM - University of Science3College of Natural Sciences, Can Tho University1Received 19 October 2017; accepted 1 December 2017Abstract:The low-lying states of ScSi4−/0 clusters are investigated with B3LYPfunctional and CASSCF/CASPT2 methods. The ground state of the anioniccluster is the 1A′ (1A1) of bipyramid η3-(Si4)Sc− isomer. The ground stateof neutral cluster is the 2B1 of bipyramid η4-(Si4)Sc isomer. The planar η3(Si4)Sc−/0 isomers are less stable than the bipyramid η3-(Si4)Sc−/0 isomers.The electron detachment energies of the anion cluster are calculated andcompared with the experimental results. All features in photoelectron spectraare interpreted. The Franck-Condon factor simulations for the 1A′→12A′and 1A′→12A″ transitions within the bipyramid η3-(Si4)Sc−/0 isomers is inagreement with the shape of the first band in the spectra.Keywords: B3LYP, CASSCF/CASPT2, ScSi4−/0 clusters, structure.Classification number: 1.4Tác giả liên hệ: Email: tvtan@dthu.edu.vn; Tel: 01228942399*60(1) 1.20186Đặt vấn đềSilicon được quan tâm nghiên cứudo khả năng ứng dụng làm vật liệu bándẫn trong công nghiệp vi điện tử [1] vàquang xúc tác [2]. Các cluster silicon(hay cụm nguyên tử silicon) có độ bềnvà tính chất phụ thuộc rất nhiều vàokích thước và cấu trúc [3]. Cluster kíchthước nhỏ là đơn vị cơ sở để xây dựngnên các cấu trúc lớn hơn. Bằng cáchpha tạp thêm nguyên tố kim loại chuyểntiếp, độ bền và tính chất của cluster sẽđược tăng cường [4-6]. Khi pha tạp kimloại chuyển tiếp, các nguyên tử siliconbao bọc nguyên tử kim loại chuyển tiếptạo thành các cấu trúc lồng bền vữngcó hình fullerene hay hình đa diện [5,6]. Cluster silicon pha tạp mangan cómomen từ cao [7] và tính chất quangtốt [8]. Scandi là nguyên tố kim loạichuyển tiếp đơn giản nhất với mộtelectron trên orbital nguyên tử (AO hayatomic orbital) 3d và hai electron trênAO 4s. Do đó, các cluster của scandivà silicon được xem như là trường hợpđơn giản nhất của cluster silicon phatạp kim loại chuyển tiếp.Khoa học Tự nhiênCấu trúc của các cluster ScSin−/0 (n= 2-6) đã được nghiên cứu bằng cácphương pháp thực nghiệm [9]. Cụ thể,các cluster ScSin- được tạo ra bằng cáchhóa hơi hỗn hợp 2 nguyên tố Sc và Sitrong môi trường plasma. Các clusteranion được chọn lọc bằng khối phổ đothời gian bay TOFMS (Time-Of-FlightMass Spectroscopy). Sau đó, phổquang electron của các cluster anionđược ghi nhận. Phổ quang electroncủa cluster ScSi4− được ghi nhận vớiphoton có bước sóng 266 nm và 193nm [9]. Phổ quang electron này có badãy phổ rộng với cường độcaotạicácvị trí 2,57, 3,00, 3,74 eV và một dãyphổ trong vùng từ 1,50 đến 2,00 eVxuất hiện với cường độ rất thấp.Các phép tính lý thuyết đã đượcthực hiện để nghiên cứu cấu trúc vàgiải thích phổ quang electron củacluster thu được. Cụ thể, lý thuyếtphiếm hàm mật độ DFT (DensityFunctional Theory), ccCA-TM [10],G4 [11], G4(MP2) [11] được thực hiệnđể nghiên cứu cấu trúc hình học, cấutrúc electron của các cluster silicon phatạp scandi. Ở cluster trung hòa điện,kết quả tính bằng phiếm hàm B3LYPcho thấy trạng thái 2B2 của đồn ...