化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (12): 1523-1529.DOI: 10.6023/A25080276 上一篇 下一篇
研究论文
张乃心a,b, 石伟群a,b,c,*(
), 王聪芝b,*(
)
投稿日期:2025-08-10
发布日期:2025-10-10
基金资助:
Naixin Zhanga,b, Weiqun Shia,b,c,*(
), Congzhi Wangb,*(
)
Received:2025-08-10
Published:2025-10-10
Contact:
* E-mail: shiwq@ihep.ac.cn;wangcongzhi@ihep.ac.cn
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由于硼元素具有缺电子特性, 随尺寸变化硼团簇呈现多种多样的结构, 不同金属的掺杂能够进一步丰富硼团簇的结构和性质. 通过全局最优结构搜索和密度泛函理论(DFT)方法研究了一系列锕系金属掺杂硼团簇AnB8 (An=Ac, Th, Am, Cm). 研究发现, 每个AnB8团簇都具有半夹心和椅状结构两种构型, 除ThB8外, AcB8、AmB8和CmB8的半夹心结构最稳定, 而ThB8的两种结构能量差异较小. 这些硼团簇的半夹心结构均为稳定的MII[${B}_{8}^{2-}$]型二价锕系配合物, 而且${B}_{8}^{2-}$配体具有σ和π双重芳香性. 成键性质分析表明, 所有配合物中An—B之间存在共价相互作用, 而且ThB8的共价相互作用更强. 所有配合物都具有较高的稳定性, 尤其是ThB8. 这些结果表明, ${B}_{8}^{2-}$配体能够稳定二价锕系元素.
张乃心, 石伟群, 王聪芝. 二价锕系配合物AnB8的理论研究[J]. 化学学报, 2025, 83(12): 1523-1529.
Naixin Zhang, Weiqun Shi, Congzhi Wang. Theoretical Studies of Divalent Actinide Complexes AnB8[J]. Acta Chimica Sinica, 2025, 83(12): 1523-1529.
| 硼团簇 | 自旋态 | ⟨S2⟩计算值-理论值 | 自旋密度 ρAn | 键长/nm | |
|---|---|---|---|---|---|
| An—B1 | An—Ba | ||||
| AcB8 | 双重态 | 0.00 | 0.77 | 0.2750 | 0.3017 |
| ThB8 | 单重态 | — | — | 0.2485 | 0.2729 |
| AmB8 | 八重态 | 0.02 | 7.14 | 0.2573 | 0.2882 |
| CmB8 | 九重态 | 0.03 | 8.10 | 0.2588 | 0.2849 |
| 硼团簇 | 自旋态 | ⟨S2⟩计算值-理论值 | 自旋密度 ρAn | 键长/nm | |
|---|---|---|---|---|---|
| An—B1 | An—Ba | ||||
| AcB8 | 双重态 | 0.00 | 0.77 | 0.2750 | 0.3017 |
| ThB8 | 单重态 | — | — | 0.2485 | 0.2729 |
| AmB8 | 八重态 | 0.02 | 7.14 | 0.2573 | 0.2882 |
| CmB8 | 九重态 | 0.03 | 8.10 | 0.2588 | 0.2849 |
| 硼团簇 | 原子电荷/a.u. | WBIs | SOMO-LUMO 能隙/eV | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VDD | Hirshfeld | An—B1 | An—Ba | α | β | |||||
| AcB8 | 0.743 | 0.796 | 0.620 | 0.421 | 1.20 | 3.45 | ||||
| ThB8 | 0.746 | 0.723 | 0.611 | 0.516 | 1.49 | — | ||||
| AmB8 | 0.766 | 0.807 | 0.638 | 0.346 | 2.91 | 3.50 | ||||
| CmB8 | 0.607 | 0.636 | 0.631 | 0.425 | 2.16 | 3.81 | ||||
| 硼团簇 | 原子电荷/a.u. | WBIs | SOMO-LUMO 能隙/eV | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VDD | Hirshfeld | An—B1 | An—Ba | α | β | |||||
| AcB8 | 0.743 | 0.796 | 0.620 | 0.421 | 1.20 | 3.45 | ||||
| ThB8 | 0.746 | 0.723 | 0.611 | 0.516 | 1.49 | — | ||||
| AmB8 | 0.766 | 0.807 | 0.638 | 0.346 | 2.91 | 3.50 | ||||
| CmB8 | 0.607 | 0.636 | 0.631 | 0.425 | 2.16 | 3.81 | ||||
| 硼团簇 | ρ | H | ∇2ρ | ELF | DItotal |
|---|---|---|---|---|---|
| AcB8 | 0.03987 | -0.00481 | 0.07581 | 0.24085 | 2.387 |
| ThB8 | 0.06165 | -0.01692 | 0.06650 | 0.40489 | 3.628 |
| AmB8 | 0.04167 | -0.00736 | 0.11279 | 0.14418 | 1.800 |
| CmB8 | 0.04180 | -0.00726 | 0.11792 | 0.13616 | 2.226 |
| 硼团簇 | ρ | H | ∇2ρ | ELF | DItotal |
|---|---|---|---|---|---|
| AcB8 | 0.03987 | -0.00481 | 0.07581 | 0.24085 | 2.387 |
| ThB8 | 0.06165 | -0.01692 | 0.06650 | 0.40489 | 3.628 |
| AmB8 | 0.04167 | -0.00736 | 0.11279 | 0.14418 | 1.800 |
| CmB8 | 0.04180 | -0.00726 | 0.11792 | 0.13616 | 2.226 |
| 反应方程 | 解离能 |
|---|---|
| AcB8→Ac2++${B}_{8}^{2-}$ | 2055.6 |
| ThB8→Th2++${B}_{8}^{2-}$ | 2384.0 |
| AmB8→Am2++${B}_{8}^{2-}$ | 1988.2 |
| CmB8→Cm2++${B}_{8}^{2-}$ | 2190.7 |
| 反应方程 | 解离能 |
|---|---|
| AcB8→Ac2++${B}_{8}^{2-}$ | 2055.6 |
| ThB8→Th2++${B}_{8}^{2-}$ | 2384.0 |
| AmB8→Am2++${B}_{8}^{2-}$ | 1988.2 |
| CmB8→Cm2++${B}_{8}^{2-}$ | 2190.7 |
| [1] |
doi: 10.1021/ja507235s |
| [2] |
doi: 10.1038/nchem.1999 |
| [3] |
doi: 10.1038/ncomms4113 |
| [4] |
doi: 10.1002/anie.v42:48 |
| [5] |
doi: 10.1002/anie.v46:44 |
| [6] |
doi: 10.1038/nmat1012 |
| [7] |
pmid: 17111395 |
| [8] |
doi: 10.1038/ncomms9654 pmid: 26456760 |
| [9] |
doi: 10.1039/D0NR09214B |
| [10] |
doi: 10.1039/C7NR02399E |
| [11] |
doi: 10.1021/ja802494z pmid: 18479137 |
| [12] |
doi: 10.1002/anie.v50.40 |
| [13] |
doi: 10.1039/D4CP04358H |
| [14] |
doi: 10.1039/C9CS00233B |
| [15] |
doi: 10.1038/s41570-017-0071 |
| [16] |
doi: 10.1039/D1CS00747E |
| [17] |
|
| [18] |
doi: 10.1021/acs.accounts.4c00380 |
| [19] |
doi: 10.1002/anie.201107880 pmid: 22298320 |
| [20] |
doi: 10.1021/jp108668t |
| [21] |
doi: 10.1039/C9CP03611C |
| [22] |
doi: 10.1039/C8CP01376D |
| [23] |
doi: 10.1016/j.chemphys.2019.02.008 |
| [24] |
doi: 10.6023/A22030109 |
|
(李海茹, 张层, 李思殿, 化学学报, 2022, 80, 888.)
doi: 10.6023/A22030109 |
|
| [25] |
doi: 10.1039/D1CC07303F |
| [26] |
doi: 10.1116/6.0001833 |
| [27] |
doi: 10.1063/1.3625959 |
| [28] |
pmid: 15180405 |
| [29] |
doi: 10.1039/D4CP00296B |
| [30] |
doi: 10.1021/acs.jpca.1c05846 |
| [31] |
|
| [32] |
doi: 10.1039/D1CP05058C |
| [33] |
doi: 10.1039/D4CP01646G |
| [34] |
doi: 10.3390/molecules29235815 |
| [35] |
doi: 10.1021/ct2006852 |
| [36] |
doi: 10.1021/jp811503v pmid: 19572689 |
| [37] |
doi: 10.1021/acs.jpca.9b04005 |
| [38] |
doi: 10.1039/c5dt04540a pmid: 26777518 |
| [39] |
doi: 10.1039/c0cp01575j pmid: 20967377 |
| [40] |
|
| [41] |
doi: 10.1002/jcc.v25:2 |
| [42] |
doi: 10.1007/BF00549096 |
| [43] |
|
| [44] |
doi: 10.1063/1.458517 |
| [45] |
doi: 10.1039/b804083d pmid: 18728862 |
| [46] |
doi: 10.1103/PhysRevB.82.094116 |
| [47] |
doi: 10.1016/j.cpc.2012.05.008 |
| [48] |
doi: 10.1063/1.4746757 |
| [49] |
doi: 10.1063/1.4769731 |
| [50] |
doi: 10.1103/physrevb.48.13115 pmid: 10007687 |
| [51] |
doi: 10.1103/physrevb.54.11169 pmid: 9984901 |
| [52] |
doi: 10.1039/C7CC09837E |
| [53] |
doi: 10.1063/1.3682776 |
| [54] |
doi: 10.1021/acs.inorgchem.2c00624 |
| [55] |
|
|
(张乃心, 王聪芝, 赵玉宝, 石伟群, 核化学与放射化学, 2022, 44, 549.)
doi: 10.7538/hhx.2022.YX.2021037 |
|
| [56] |
|
|
(张乃心, 王聪芝, 石伟群, 核化学与放射化学, 2023, 45, 160.)
doi: 10.7538/hhx.2022.YX.2021114 |
|
| [57] |
doi: 10.1021/acs.inorgchem.4c02950 pmid: 39231309 |
| [58] |
doi: 10.1021/acs.inorgchem.4c03446 pmid: 39285662 |
| [59] |
|
| [60] |
doi: 10.1002/jcc.v33.5 |
| [61] |
doi: 10.1063/5.0216272 |
| [1] | 王鑫, 史燚威, 杨瑞杰, 宋志国, 王敏. 含苯磺酸类配体的单核Cd(II)配合物催化无溶剂“一锅法”Biginelli反应[J]. 化学学报, 2025, 83(7): 674-684. |
| [2] | 卢一林, 董盛杰, 崔方超, 薄婷婷, 毛卓. 希托夫紫磷烯/SnS2范德华异质结作为直接全解水光催化剂的理论构建[J]. 化学学报, 2025, 83(4): 377-389. |
| [3] | 陈铭晖, 张博心, 魏滔, 孙兆雪, 冯亚青, 张宝. 三嗪共价骨架材料的层间位错行为及其光生载流子动力学理论研究[J]. 化学学报, 2025, 83(2): 93-100. |
| [4] | 马莹, 陈维希, 刘羽辰, 刘子义, 吴涛, 陆安慧, 王东琪. 六方氮化硼氧化模式的密度泛函理论研究[J]. 化学学报, 2025, 83(1): 52-59. |
| [5] | 王治业, 肖博怀. 利用平面σ-芳香性增强电子输运能力[J]. 化学学报, 2024, 82(5): 520-526. |
| [6] | 赵雨晴, 梁栋, 贾吉慧, 余荣民, 卢灿忠. 具有双吸电子基团D-A型配体的Ag(I)发光配合物的合成与性能研究[J]. 化学学报, 2024, 82(5): 486-492. |
| [7] | 赵玉强, 张霞, 杨芸如, 朱立平, 周莹. 聚集诱导发射光笼分子的设计合成及原位光激活成像研究[J]. 化学学报, 2024, 82(3): 265-273. |
| [8] | 黄广龙, 薛小松. “陈试剂”作为三氟甲基源机理的理论研究[J]. 化学学报, 2024, 82(2): 132-137. |
| [9] | 黄伊晨, 聂长明, 王聪芝, 陈树森, 宋艳, 李昊, 石伟群. 羟基和氨基取代偕胺肟用于海水提铀的理论研究[J]. 化学学报, 2024, 82(10): 1050-1057. |
| [10] | 梁雪峰, 荆剑, 冯昕, 赵勇泽, 唐新员, 何燕, 张立胜, 李慧芳. 共价有机框架COF66/COF366的电子结构: 从单体到二维平面聚合物[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 717-724. |
| [11] | 杨磊, 葛娇阳, 王访丽, 吴汪洋, 郑宗祥, 曹洪涛, 王洲, 冉雪芹, 解令海. 一种基于芴的大环结构的有效降低内重组能的理论研究[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 613-619. |
| [12] | 刘康, 郭燕, 于吉攀, 石伟群. 锕系单分子磁体研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(3): 264-274. |
| [13] | 张少秦, 李美清, 周中军, 曲泽星. 多共振热激活延迟荧光过程的理论研究[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 124-130. |
| [14] | 王娟, 肖华敏, 谢丁, 郭元茹, 潘清江. 铜掺杂与氮化碳复合氧化锌材料结构和二氧化氮气体传感性质的密度泛函理论计算[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1493-1499. |
| [15] | 刘金晶, 杨娜, 李莉, 魏子栋. 铂活性位空间结构调控氧还原机理的理论研究★[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1478-1485. |
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