团簇Fe4P的电子性质和磁学性质

基于密度泛函理论,在B3LYP/lanl2dz较高量子化学水平下对团簇Fe4P的初始构型进行优化计算,得到8种优化构型。从电子流动、原子轨道布居数、成单电子数、磁矩以及自旋态密度方面对团簇Fe4P的电子性质和磁性进行研究。结果表明:Fe2、Fe3、P原子是较强的电子供体,Fe4原子以接受电子为主,而Fe1原子则起到调节电荷平衡的作用;各原子的s轨道均有电子流出,p和d轨道表现为得电子;构型4(4)中各原子均带正电,使得团簇对外显正电,同时也因电子间的斥力作用使其具有特殊的空间结构。团簇Fe4P各优化构型的s、p、d轨道对磁性的贡献大小为:d轨道>s轨道>p轨道,且团簇的磁性主要是由d轨道上的α电子提供的。Fe原子的引入有利于团簇的磁性,而P原子的引入有利于二重态各优化构型的磁性。

团簇Fe4P的成键和催化性质

根据拓扑学原理从密度泛函理论方面对团簇Fe4P进行全参数优化和频率计算,得到8种优化构型,其中构型1(2)能量最低,稳定性最好,构型5(4)的能量最高,最不稳定。团簇重态的变化对构型稳定性有较大的影响,二重态的各优化构型稳定性好于四重态。综合键级和键长的分析得出Fe1-P和Fe2-P键是团簇Fe4P各优化构型稳定性的主要贡献者,Fe1-Fe2和Fe3-P键对构型作用效果的不同,造成二重态与四重态稳定性存在差异。Fe、P原子对前线轨道HOMO、LUMO均有贡献,其中Fe原子是前线轨道的主要贡献者,说明Fe原子极有可能是团簇Fe4P潜在的催化活性位点。