稀土掺杂硼团簇REB_(n)^(-)(RE=La,Sc;n=6,8)的几何及电子结构

稀土掺杂硼团簇因其特殊的光学,电学和磁学性质受到广泛关注.本文采用人工蜂群算法结合密度泛函理论,在PBEO/RE/SDD//B/6-311+G^(*)水平下研究了稀土掺杂阴离子硼团簇REB_(n)^(-)(RE=La,Sc;n=6,8)的几何结构、电子性质、稳定性和芳香性.计算结果表明,阴离子REB_(n)^(-)(RE=La,Sc;n=6)的基态结构具有C_(2)对称性,掺杂的镧系原子位于顶部中心形成“船形”结构.通过与实验光电子能谱的比较,证实LaB_(8)^(-)的基态结构类似于三维的“筝形”结构,而ScB_(8)^(-)的基态结构则是Sc原子位于“伞柄”处形成的具有C_(7v)对称性的“伞状”结构.B-B之间存在通过共享电子对的相互作用,而RE-B之间的电子定域性不如B-B之间的电子定域性.模拟得出的光电子能谱峰值位置与实验结果的吻合度较高,充分证实了研究获取的全局能量最低结构与实验观测结构的一致性.LaB_(6)^(-)和ScB_(6)^(-)的最低能量结构均为σ-π双芳香簇,表现出明显的芳香性.此外,分别计算了REB_(n)^(-)(RE=La,Sc;n=6,8)的总态密度,以及RE原子和硼簇的局部态密度,并对其轨道能级密度进行了评估.开壳层的ScB_(8)^(-)态密度谱呈现出自旋极化现象,这表明其作为基元可以组装成具有磁性的纳米材料.这些对稀土掺杂硼团簇的研究有助于深入理解纳米材料的结构和性质演变规律,为设计具有实际价值的纳米材料提供了重要的理论支持.