Ta4C−/0n(n=0-4)团簇的电子结构、成键性质及稳定性

• 作者: 张超江 许洪光 徐西玲 郑卫军
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 光电子能谱,密度泛函, Ta4 C?/0n团簇
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 238-248
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20201351

摘要

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱技术,结合密度泛函理论,对Ta4C?/0n(n=0—4)团簇电子结构、成键性质以及稳定性进行了研究.实验测得Ta4C?n(n=0—4)团簇负离子基态结构的垂直脱附能分别为(1.16±0.08),(1.35±0.08),(1.51±0.08),(1.30±0.08)和(1.86±0.08)eV.中性Ta4Cn(n=0—4)团簇的电子亲和能分别为(1.10±0.08),(1.31±0.08),(1.44±0.08),(1.21±0.08)和(1.80±0.08)eV.研究发现,Ta?/04团簇为四面体结构,Ta4C?/01团簇中碳原子覆盖在Ta4四面体的一个面上方,Ta4C?/02团簇则是两个碳原子分别覆盖在Ta4四面体中的两个面上方.Ta4C?/03团簇是一个缺角立方体结构.Ta4C?/04团簇则是近似立方体结构,可以看成是a-TaC面心立方晶体的最小晶胞单元.分子轨道分析结果显示Ta4C?3团簇的单电子最高占据轨道主要布居在单个钽原子周围,导致Ta4C?3团簇的垂直脱附能明显低于其相邻团簇.理论研究显示随着碳原子数目的增加,Ta4C?/0n(n=0—4)团簇中的钽-钽金属键逐渐被钽-碳共价键取代,单原子结合能逐渐增加且明显高于Ta?/04+n(n=0—4)团簇.中性Ta4C4的单原子结合能高达7.13 eV,这说明钽-碳共价键的形成有利于提高材料的熔点,这与碳化钽作为高温陶瓷材料的特性密切相关.