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三氧化二铌簇 Nb3O(n)-(n = 3-8)的电子和结构性质:光电子能谱和密度泛函计算。

On the electronic and structural properties of tri-niobium oxide clusters Nb3O(n)- (n = 3-8): photoelectron spectroscopy and density functional calculations.

机构信息

Department of Chemistry, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350108, P. R. China.

出版信息

J Phys Chem A. 2010 May 20;114(19):5958-66. doi: 10.1021/jp102439v.

Abstract

The electronic and structural properties of a series of triniobium oxide clusters, Nb(3)O(n)(-) and Nb(3)O(n) (n = 3-8), are investigated using photoelectron spectroscopy (PES) and density functional theory (DFT) calculations. PES spectra are obtained for Nb(3)O(n)(-) (n = 3-8) at various photon energies and are used to compare with the DFT calculations. A trend of sequential oxidation is observed as a function of O content until Nb(3)O(8)(-), reaching the highest oxidation state of Nb. DFT calculations are performed to search for the lowest energy structures for both the anionic and neutral clusters. For Nb(3)O(3)(-), the three O atoms are shown to prefer the bridging sites of a triangular Nb(3), leading to two nearly degenerate cyclic structures of C(s) symmetry. The next three O atoms from n = 4-6 each occupy a terminal site directly bonded to Nb, resulting in a symmetric Nb(3)O(6)(-) with C(3v) symmetry and a low-lying isomer of C(s) symmetry. The seventh O atom is bonded to two Nb atoms forming a double bridge, whereas the eighth O atom is bonded to a terminal site so that in Nb(3)O(8)(-) each Nb atom reaches its maximum oxidation state of +5. The structures and electronic states for the triniobium oxide clusters are significantly different from the corresponding tritantalum oxide clusters, in particular, for Nb(3)O(3)(-), Nb(3)O(5)(-), and Nb(3)O(7)(-). Molecular orbital analyses are performed to elucidate the chemical bonding and the electronic and structural evolution in these triniobium oxide clusters.

摘要

一系列三氧化二铌簇,Nb(3)O(n)(-) 和 Nb(3)O(n) (n = 3-8) 的电子和结构性质使用光电子能谱(PES)和密度泛函理论(DFT)计算进行了研究。在不同的光子能量下获得了 Nb(3)O(n)(-) (n = 3-8)的 PES 光谱,并将其与 DFT 计算进行了比较。观察到随着 O 含量的增加,存在连续氧化的趋势,直到 Nb(3)O(8)(-),达到 Nb 的最高氧化态。进行 DFT 计算以搜索阴离子和中性簇的最低能量结构。对于 Nb(3)O(3)(-),三个 O 原子被显示为优先占据三角形 Nb(3)的桥接位置,导致 C(s)对称的两个近乎简并的循环结构。从 n = 4-6 的接下来三个 O 原子每个都占据直接与 Nb 键合的末端位置,导致具有 C(3v)对称性的对称 Nb(3)O(6)(-)和具有低能 C(s)对称性的异构体。第七个 O 原子与两个 Nb 原子键合形成一个双桥,而第八个 O 原子与一个末端位置键合,使得在 Nb(3)O(8)(-)中每个 Nb 原子达到其最大的 +5 氧化态。三氧化二铌簇的结构和电子态与相应的三氧化二钽簇显著不同,特别是对于 Nb(3)O(3)(-)、Nb(3)O(5)(-)和 Nb(3)O(7)(-)。进行分子轨道分析以阐明这些三氧化二铌簇中的化学成键以及电子和结构演化。

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