Mn2H2团簇结构的稳定构型研究

Mn2H2团簇结构的稳定构型研究

任桂明  ,杨洁

武警警官学院  四川成都 610200

摘要：用密度泛函(DFT)方法在 PW91/GEN 水平上，采用 Gaussian 09 软件对双核锰的二氢化物较低能量构型进行理论研究，并进一步对基态构型的振动频率、红外光谱强度、原子电荷数进行分析。

关键词：密度泛函理论；基态构型；稳定性

1引言

二十世纪八十年代，化学家用激光或高能电子轰击固体表面等方法，产生与发现了一种介于单个原子与其凝聚态之间的新的物质层次-原子团簇[1]。这一发现引起了人们极大的兴趣，对团簇的研究很快成为了新材料设计、研究凝聚态物质性质以及特征的一项重要课题[2]。1964年Nesbet用Hartree-Fock方法对Mn2团簇进行了研究，计算Mn2的三种原子间距的6个不同组态。他认为是Mn2的基态，其键长为：Re=0.288 nm，能量为0.79 eV[3]。但关于双核锰的氢化合物稳定结构的研究鲜见文献报道。因此本文主要采用密度泛函方法在PW91/GEN基组水平上对双核锰的二氢化物的较低能量结构、红外光谱特征等进行研究。为进一步研究双核锰氢化合物的稳定性提供理论数据支撑。

2研究方法

本文用密度泛函的方法在PW91/GEN水平上，锰原子和氢原子均采用DZP全电子基组，运用gaussian09软件对Mn2H2团簇分子的结构、对称性、电偶极矩等进行计算，并进一步对该团簇分子基态构型的相关性质进行分析。

3结果与讨论

3.1 Mn2H2团簇分子的较低能量构型

计算结果表明：Mn2H2具有四个较低能量结构(如图1和表1所示)，对称性分别为、、、，其中能量最低的为一重态。一重态的两个锰原子通过四重键连接成键，键长为1.734 Å，锰氢键长均为1.562 Å。五重态的两个锰原子与两个氢原子呈现一个菱形的形状，锰原子与氢原子之间的键长都为1.741 Å。一重态的两个锰原子通过四重键连接成键，键长为1.705 Å，锰原子与氢原子之间的键长都为1.597 Å。三重态的两个锰原子通过四重键连接成键，键长为1.654 Å，分子呈现直线型结构，锰氢键长都为1.636 Å。这四个构型的电偶极矩均为0，也就是说它们均为非极性分子。分析表1中相对能量这一数据并根据能量最低原理，即能量越低分子结构越稳定，可以得到一重态为Mn2H2的基态稳定构型。

2-1S       2-1Qui       2-2S          2-1T

图1 Mn2H2分子较低能量稳定构型

表1 Mn2H2分子稳定构型的对称性及电子态、能量(a.u.)、电偶极矩(Debye)

3.2 基态分子的振动频率、红外光谱强度及原子电荷数

表2给出了Mn2H2基态分子的振动频率，其范围在273-1852 cm-1之间，当振动频率为273 cm-1时其红外光谱强度最强，为149 km.mol-1；当振动频率为1852 cm-1时其红外光谱强度最强，为136 km·mol-1。这些红外光谱强度均大于100km·mol-1，说明图像可以更好地被观察到，也为后续实验室用红外光谱观察该基态构型提供一定的理论数据参考。基态分子的原子电荷数为0.081/-0.035，说明其中一个原子失去电子而另一个原子得到电子。

表2 Mn2H2基态分子振动频率及原子电荷数

4 结论

Mn2H2基态分子构型的对称性为：CS，其电子态1A′。该构型有两个较强的红外谱频率分别为：273 cm-1(149 km.mol-1)和1852 cm-1(136 km·mol-1)，说明该基态构型可由红外谱进行表征。

参考文献：

[1] 冯林雁.硼基掺杂复合团簇的新颖结构、化学成键和动力学流变性研究 [D].山西: 山西大学, 2021.

[2] Lu X, Xu X, Wang N. Cluster modeling of metal oxides：how to cut out a cluster? [J] . Chem Phys Lett, 1998, 291, 445-452.

[3] R. K. Nesbet. Theoretical Chemistry Accounts [J]. Phys. Rev. 1964, A135: 460.

任桂明(1989.9)，女 汉族 四川盐边人 学历：硕士研究生 职称：讲师，主要从事原子分子及团簇结构和光谱研究

杨洁(1987.12)，女 汉族 河南濮阳人 学历：硕士研究生 职称：讲师，从事光学、大学物理等相关教学科研工作