(HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

张致龙; 陈玉红; 任宝兴; 张材荣; 杜瑞; 王伟超

doi:10.7498/aps.60.123601

摘要

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对叠氮化合物(HMgN3)n(n=15)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究. 结果表明:HMgN3团簇最稳定结构为直线型;(HMgN3)n(n=2,5)团簇最稳定结构为叠氮基中N原子和金属原子相连构成MgNMg结构;(HMgN3)n(n=3,4)团簇最稳定结构为叠氮基与Mg原子相互链接形成的环状结构. 团簇最稳定结构中金属Mg原子均显示正电性,H原子均显示负电性,叠氮基中间的N原子显示正电性、两端的N原子显示负电性,且与Mg原子直接作用的N原子负电性更强. MgN键和MgH键为典型的离子键,叠氮基内N原子之间是共价键. 团簇最稳定结构的红外光谱分为三部分,其最强振动峰均位于22582347 cm-1,振动模式为叠氮基中NN键的反对称伸缩振动. 叠氮基在团簇和晶体中结构不变,始终以直线型存在. 稳定性分析显示,(HMgN3)3团簇相对于其他团簇更为稳定.

关键词:

Abstract

We optimize the possible geometrical cluster structures and predicte relative stability of (HMgN3)n(n=15) by using the hybrid density functional theory (B3LYP) with 6-311G* basis sets. And the most stable isomers of (HMgN3)n(n=15) clusters, the bond properties, charge distributions, vibrational properties, and stability are analyzed theoretically. The calculated results show that the most stable HMgN3 has a linear structure, the (HMgN)n(n=2,5) clusters have the most stable structures in which an N atom in a sub-system and metal atom in another sub-system constitute an MgNMg structure. And the most stable structures of (HMgN3)n(n=3,4) clusters are the chain structures in which the nitrogen cardinal extremity position N atom and the Mg atom form a ring structure; the metal Mg atoms in the most stable structure show charge positivity, and H atom show charge negativity. The middle N atoms of azido show charge positivity, the N atoms on both sides of azido show charge negativity; what's more, the N atoms influenced by Mg atoms directly show a more charge negativity. MgN bond and MgH bond are the typical ionic bond; the bond between N atoms in azido is the covalent bond. The infrared spectra of the most optimized (HMgN3)n(n=15) clusters have three vibrational sections, the strongest vibrational peak lies in 22582347 cm-1, and the vibrational mode is anti-symmetric stretching vibration of NN bonds in azido. Analysis of stability shows that (HMgN3)3 clusters are more stable than other clusters.

Keywords:

作者及机构信息

1.
兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室, 兰州 730050;

2.
兰州理工大学理学院, 兰州 730050

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10547007)、甘肃省自然科学基金(批准号: 1010RJZA042)和兰州理工大学博士基金(批准号: BS10200901)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Advanced Non-ferrous Metal Materials of Gansu Province, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China;

2.
School of Science, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

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