同价效应对掺杂钪的铝团簇ScmAln?m+/0/?（其中m=1–2，n=3–15）的结构和电子特性的影响

《RSC Advances》：Isovalent effects on the structural and electronic features of scandium-doped aluminum clusters Sc mAl n? m+/0/? with m = 1–2, n = 3–15

　　

Bao-Ngan Nguyen-Ha | Nguyen Minh Tam | My Phuong Pham-Ho | Minh Tho Nguyen

化学工程学院，胡志明市技术大学（HCMUT） 越南胡志明市Dien Hong区Ly Thuong Kiet街268号 电子邮件：[e-mail] | [e-mail]

系统地利用密度泛函理论（DFT）结合PBE泛函和def2-TZVP基组，研究了对单质和双质钪掺杂的铝簇Sc_mAl_n?_m^+/0/?（其中m = 1–2，n = 3–15）。研究发现，掺杂钪原子显著提高了铝簇的热力学稳定性，其稳定性排序为Sc₂Al_n?2^+/0/? > ScAl_n?1^+/0/? > Al_n^+/0/?。这些体系的结构由三个基本单元构成：三原子三角形、六原子八面体和十三原子二十面体。由于钪（Sc）和铝（Al）具有等价性质，掺杂后的铝簇表现出广泛的价电子离域现象，形成了贯穿所有结构中心的金属芳香性。其键合网络由非极性的Al–Al相互作用以及极性的Al^δ+–Sc^δ-或Al^δ+–Al^δ-键组成，其中钪原子主要起到电子接受体的作用。通过对不同电荷态的电子填充分析，发现六原子簇倾向于形成[（1S）²(1P)⁶(2S)²(1D)¹⁰]电子壳层结构，而十三原子簇则倾向于形成[（1S）²(1P)⁶(2S)²(1D)¹⁰(2P)⁶(1F)¹⁴]电子壳层结构，这与它们的八面体和二十面体结构相对应。这种球形电子壳层排列解释了这两种铝簇家族所表现出异常的稳定性、有序的电子结构以及电子特性与几何特征之间的协同性。