基于BemOn(m+n=3、4、5)團簇的幾何結(jié)構(gòu)研究

□余利瑞

理氧化鈹是一種稀有的氧化物，它主要適用于陶瓷材料。此外，鈹氧化鈹是必不可少的原子能量，用于火箭，導(dǎo)彈，航空和冶金工業(yè)。任等人已經(jīng)研究了BeO的幾何和電子的性質(zhì)，如結(jié)合能、穩(wěn)定性以及芳香性等[1]。(BeO)n(n=212、16、20和24)的幾何結(jié)構(gòu)也被研究[2]。Boldyrev等人已經(jīng)計算了BeOBe的分子性質(zhì)，如鍵長和總能量。Srnec等人利用B3LYP/CCPVDZ方法研究了其在超表面上的性質(zhì)。然而，所有的調(diào)查主要是專注于研究其幾何結(jié)構(gòu)，對更復(fù)雜的團簇，如不同數(shù)量的Be原子和O原子目前還沒有報道，所以在這篇文章中，我們主要關(guān)注的Be和O構(gòu)成的復(fù)雜體系的幾何結(jié)構(gòu)。

一、計算方法及結(jié)果

尋找同分異構(gòu)體的過程中初始結(jié)構(gòu)是一個關(guān)鍵點。按照Ryzhkov等人提出的二項式方案，如圖1所示，首先可以優(yōu)化BeO穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，形成BeO穩(wěn)定的Be2O和BeO2團簇，通過添加一個Be或O原子形成Be2O和BeO2，優(yōu)化得到其穩(wěn)定異構(gòu)體，再添加一個Be或O原子來形成BeO3，Be2O2和Be3O團簇的初始結(jié)構(gòu)。Be3O2和Be2O3和BeO4的初始結(jié)構(gòu)也可以用同樣的方式。應(yīng)該注意到：不同添加原子的位置會導(dǎo)致許多不同的結(jié)構(gòu)，其中有一些初始結(jié)構(gòu)可能最后優(yōu)化得到同一個相同的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，位置的選擇很關(guān)鍵。通過振動頻率來確認(rèn)團簇能量的穩(wěn)定性。所有的計算都用廣義梯度近似PW91，基于密度泛函理論的基礎(chǔ)DNP(DFT)，在Dmol3模塊中實現(xiàn)。

根據(jù)二項式方案，我們已經(jīng)建立了BemOn(m+n=3、4、5)的初始結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化計算獲得了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所有結(jié)構(gòu)通過確認(rèn)無虛頻率出現(xiàn)來進一步確認(rèn)其能量的穩(wěn)定性。對于BemOn(m+n=3)團簇，我們獲得了3種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并在圖2中顯示。那只有一種比氧異構(gòu)體被編號為“1”，其他兩種比一種異構(gòu)體分別為“2”和“3”。

圖1 構(gòu)建BemOn(m+n=3,4,5)團簇的方案

圖2 BemOn(m+n=3)同分異構(gòu)體

對于BemOn(m+n=4)集群，從大量初始結(jié)構(gòu)中得到了9個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如圖3所示，有兩個Be3O異構(gòu)體編號為“1”和“2”，3個Be2O2同分異構(gòu)體為“3”，“4”和“5”和4個BeO3異構(gòu)體分別為“6”、“7”、“8”和“9”。對于BemOn(m+n=5)團簇，總共有18個穩(wěn)定的異構(gòu)體，如圖4所示，包括2個Be4O異構(gòu)體，5個Be3O2異構(gòu)體，4個Be2O3同分異構(gòu)體和7個BeO4異構(gòu)體。它們的編號分別為1到18。

圖3 BemOn(m+n=4)同分異構(gòu)體

圖4 BemOn(m+n=5)同分異構(gòu)體

二、結(jié)語

本文優(yōu)化計算了BemOn(m+n=3、4、5)團簇的幾何結(jié)構(gòu)。通過頻率分析最終獲得3個BemOn(m+n=3)，9個BemOn(m+n=4)和18個BemOn(m+n=5)結(jié)構(gòu)。本文所提供的結(jié)果為BemOn(m+n=3、4、5)的體系的相關(guān)研究提供一定的理論指導(dǎo)。