Slide: NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONG MỘT SỐ CLUSTER GERMANI PHA TẠP KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DẠNG Ge2M VÀ Ge3M (M=ScZn) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA Phòng thí nghiệm Hóa học tính toán Mô BÁO CÁO TỔNG KẾT Tên đề tài: NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONG MỘT SỐ CLUSTER GERMANI PHA TẠP KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DẠNG Ge2M VÀ Ge3M (M=Sc-Zn) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT Sinh viên thực hiện: Châu Hùng Cường Trần Tường Sơn Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Thị Ngân Quy Nhon, 4/2017 NỘI DUNG LÍ LÍ DO DO CHỌN CHỌN ĐỀ ĐỀ TÀI TÀI MỤC MỤC ĐÍCH ĐÍCH NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU PHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÁP NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU KẾT KẾT QUẢ QUẢ VÀ VÀ THẢO THẢO LUẬN LUẬN KẾT KẾT LUẬN LUẬN LÍ DO DO CHỌN CHỌN ĐỀ ĐỀ TÀI TÀI LÍ Từ năm 1980, khoa học cluster đời phát triển mạnh mẽ Nhằm tìm vật liệu mới, đáp ứng nhu cầu đại mini hóa thiết bị Germani - Đã có nhiều nghiên cứu cluster Ge nguyên chất, pha tạp (Cr, Mn, Co, Ni, Cu, ) Tuy nhiên nghiên cứu đa phần tập trung vào cấu trúc, độ bền từ tính cluster - Bals cộng sự* trình cho vòng cạnh, cạnh cluster Ge đơn vị cấu trúc cho vật liệu tổ hợp + - Li cộng sự** giải thích độ bền SixGeyM (x+y=4; M=Nb, Ta) lai hóa mạnh p-d cấu hình vỏ 10 đóng [1S 1P 2S 1D ] Bản chất liên kết vấn đề cốt lõi hóa học …… (*)S Bals et al (2012), Nature communications, 3,897 (**)Li et al (2016), J Comput Chem., 37(25), 2316 NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONG MỘT SỐ CLUSTER GERMANI PHA TẠP KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DẠNG Ge2M VÀ Ge3M (M = Sc-Zn) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xác định cấu trúc hình học, độ bền trạng thái electron hai dãy Ge2M Ge3M (M = Sc-Zn) phương pháp hóa học tính toán - Tìm chất liên kết hóa học cluster dạng Ge2M Ge3M (M = Sc-Zn) phân tích lý thuyết PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Tối ưu tính tần số dao động điều hòa đồng phân mức lí thuyết B3P86/6- 311+G(d) • Phần mềm hóa học lượng tử: Gaussian 03 • Phần mềm phân tích phân bố electron: NBO 5.G • Phần mềm hiển thị: Gaussview 05, Jmol KẾT QUẢ QUẢ VÀ VÀ THẢO THẢO LUẬN LUẬN KẾT Đồng phân bền cluster GenM (n = 2, 3; M = Sc-Zn) Tính chất cluster GenM Liên kết cluster GenM Đồng phân bền cluster GenM (n = 2, 3; M = Sc-Zn) Ge2M M 2M-a 2M-b 2M-c Sc 0,00; B2 3,24; Σ 2,51; Σu Ti 0,00; B1 2,34; Σ 4,20; Σg V 0,00; B1 1,20; Σ 2,87; Σg Cr 0,00; B1 0,60; Σ 3,24; Σg Mn 0,00; A1 1,99; Σ 2,79; Σg Fe 0,00; B2 1,20; Σ 3,15; Σg Co 0,00; B1 1,13; Σ 3,66; Σg Ni 0,00; B1 1,16; Σ 3,08; Σg Cu 0,00; B1 0,69; Σ 2,91; Σg Zn 0,00; A1 1,85; Σ 4,40; Σg Tất cluster Ge2M bền dạng tam giác phẳng với đối xứng cao C2V Ge3M M 3M-a 3M-b 3M-c Sc Cs; 0,40; A” C2v; 0,00; A2 C2v; 0,45; B1 Ti C3v; 0,00; A1 C2v; 0,17; B2 C2v; 0,67; B1 V C3v; 0,04; A1 C2v; 0,00; B2 C2v; 0,41; A1 Cr Cs; 0,62; A’ C2v; 0,00; B2 C2v; 0,52; B2 Mn Cs; 0,72; A” C2v; 0,00; A1 C2v; 0,82; B2 Fe Cs; 0,00; A” Cs; 1,16; A’ Cs; 0,47; A’ Co Cs; 0,09; A” C2v; 0,00; B2 C2v; 0,10; B1 Ni C3v; 0,00; A1 C2v; 0,13; B2 C1; 0,42; A Cu Cs; 0,33; A’ Cs; 0,00; A’ C2v; 1,36; A1 Zn C3v; 1,76; A1 C2v; 0,00; A1 Cs; 1,20; A” Đa số cluster bền dạng 3M-b theo quy tắc Ge nguyên tử pha tạp dạng bền Ge 4, cluster Ngoài ra, GeCo: vàsự Gecạnh tồn lượng đồng phân 3M-dđồng phân bền Gecluster V Ge dạng 3Crcó 3Zn tranh Fe, Ni bền dạng 3M-a cách thêm nguyên tử pha tạp vào dạng bền Ge pha tạp Ti, Tính chất cluster GenM (n = 2, 3; M = Sc-Zn) Năng lượng liên kết trung bình BE(GenN) = [E(M) + nE(Ge)-E(GenM)] / (n+1) n = 2, 3; M = Sc - Zn Ge Ti bền Ge Cr, Ge Zn bền Gen nTi bền Gen nCr, Ge2 2Zn bền Bậc liên kết độ dài liên kết trung bình GenTi có bậc liên kết đạt cực đại, độ dài liên kết tương đối ngắn Ngược lại, GenCr GenZn có bậc liên kết thấp, độ dài liên kết lớn  Kết thu phù hợp với phân tích lượng liên kết trung bình  Ge2,3Ti bền GenCr, GenZn bền Liên kết cluster GenM Điện tích cấu hình electron nguyên tử pha tạp M Ge2M M Điện tích M Cấu hình electron nguyên tử Ge3M Mômen lưỡng cực M Điện tích M Cấu hình electron nguyên tử M Sc 0,73 1,58 0,66 0,04 3d 4s 4p 6,44 0,86 3d Ti 0,46 2,90 0,60 0,04 3d 4s 4p 5,22 0,08 3d V 0,31 4,04 0,61 0,03 3d 4s 4p 4,19 Cr 0,41 3d 4,94 0,63 0,02 4s 4p Mn 0,65 Fe 0,45 3d Co 0,29 3d Ni 0,18 3d Cu Zn Mômen lưỡng cực 1,64 0,49 0,02 4s 4p 7,22 3,33 0,53 0,02 4s 4p 4,75 0,52 4,01 0,46 0,02 3d 4s 4p 5,07 3,96 0,65 3d 4,90 0,44 0,02 4s 4p 4,34 5,47 0,80 0,07 3d 4s 4p 3,76 0,77 5,37 0,81 0,04 3d 4s 4p 4,19 6,69 0,78 0,06 4s 4p 3,00 0,26 3d 7,06 0,62 0,03 4s 4p 2,90 7,94 0,72 0,04 4s 4p 2,34 0,53 7,81 0,63 0,03 3d 4s 4p 3,27 9,13 0,65 0,04 4s 4p 1,92 0,12 3d 9,31 0,55 0,02 4s 4p 1,89 0,29 9,90 0,78 0,02 3d 4s 4p 1,91 0,43 3d 9,89 0,66 0,02 4s 4p 2,54 0,66 3d 9,99 1,23 0,11 4s 4p 2,37 0,72 3d 9,99 1,21 0,07 4s 4p 2,46 Liên kết Ge-M có phân cực mạnh Để đánh giá mức độ xen phủ AO góp phần làm sáng tỏ chất liên kết  khảo sát biến thiên số electron (∆n) AO-3d AO-4s M, gọi ∆d ∆s: ∆ n = |e0 – en| - Mức độ xen phủ obitan 4s lớn obitan 3d - Các giá trị Δd, Δs biến thiên phù hợp với độ bền cluster khảo sát trên, cao Ti thấp Cr, Cu, Zn Phân tích MO định tính: Ge2Ti αHOMO-6 αHOMO-5 αHOMO-4 αHOMO-3 αHOMO-2 αHOMO-1 αHOMO αLUMO βHOMO-4 βHOMO-3 βHOMO-2 βHOMO-1 βHOMO βLUMO Liên kết Ge-Ge Cặp αMO βMO AO-Ge AO-Ti αHOMO-6 βHOMO-4 4s αHOMO-5 βHOMO-3 Liên kết Ge-Ti Loại liên kết (σ,π) Bậc liên kết Loại liên kết (σ,π) Bậc liên kết   σ     4s 3dyz σ -1/3 σ 1/3 αHOMO-4 βHOMO-2 4pz 4s π 1/3 σ 1/3 αHOMO-2 βHOMO-1 4px 3dxz π 1/3 π 1/3 4py   σ 1/3 π 1/3   Σ=5/3   Σ=4/3 αHOMO βHOMO         * Ge2Cr αHOMO-8 αHOMO-7 αHOMO-6 αHOMO-5 αHOMO-4 αHOMO-3 αHOMO-2 αHOMO-1 αHOMO αLUMO βHOMO-4 βHOMO-3         βHOMO-1 βHOMO βLUMO   βHOMO-2 Liên kết Ge-GeLiên kết Ge-Cr Liên kết Ge-Ge Cặp αMO βMO CặpAO-Ge αMO βMO AO-Cr Liên kết Ge-Cr AO-Ge AO-Cr Loại liên kết Bậc liên Loại Loại liên kết (σ,π) Bậc liên kếtliên kết (σ,π) Loại liên kếtBậc (σ,π) kếtliên kết (σ,π) Bậc liên kết αHOMO-8 βHOMO-4 αHOMO-8 4s βHOMO-4   4s σ (1,33),  Ge-Cr (0,67) σ         Bậc Bậc liên liên kết kết hình hình thức thức của liên liên kết kết Ge-Ti Ge-Ti (1,33), Ge-Cr (0,67) được tính tính toán toán thông thông qua qua phân phân tích tích hình hình ảnh ảnh các MO MO trong αHOMO-7 βHOMO-3 cluster Ge Ge phù pháp tương cluster Ge2Ti Ti và Ge2Cr Cr rất 4s phùσ*hợp hợp với với3dkết kết quả-1/3 tính tínhσ*theo theo phương phương pháp NBO (1,31 (1,31 0,65 0,65 tương ứng) ứng) 1/3 3dyz αHOMO-7 4s βHOMO-3 σ -1/3 NBO 1/3 σ yz αHOMO βHOMO   4py βHOMO αHOMO       4py σ       1/3 σ π 1/3 1/3 π 1/3 Σ=1     Σ=1 Σ=2/3   Σ=2/3 Kết luận  Xác định đồng phân bền hai dãy cluster GenM (n = 2, 3; M = Sc–Zn)  Kết tính toán lượng liên kết, bậc liên kết, độ dài liên kết Ge-M, biến thiên mật độ obitan 3d, 4s nguyên tử pha tạp M cho thấy cluster GenTi (n = 2, 3) bền cluster khác dãy, GenCr GenZn bền  Liên kết nguyên tử kim loại nguyên tử Ge liên kết cộng hóa trị phân cực mạnh, bao gồm liên kết σ π Kiến nghị   Tìm hiểu chất liên kết cluster GenM có kích thước lớn Nghiên cứu chất liên kết dạng ion cluster GenM  Nghiên cứu khả hấp phụ hợp chất lên cluster bền thu CẢM ƠN THẦY CÔ, CÁC ANH CHỊ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE VÀ THEO DÕI ! ... βHOMO-2 Liên kết Ge-GeLiên kết Ge-Cr Liên kết Ge-Ge Cặp αMO βMO CặpAO-Ge αMO βMO AO-Cr Liên kết Ge-Cr AO-Ge AO-Cr Loại liên kết Bậc liên Loại Loại liên kết (σ,π) Bậc liên kếtliên kết (σ,π) Loại liên. .. ĐÍCH NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU PHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÁP NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU KẾT KẾT QUẢ QUẢ VÀ VÀ THẢO THẢO LUẬN LUẬN KẾT KẾT LUẬN LUẬN LÍ DO DO CHỌN CHỌN ĐỀ ĐỀ TÀI TÀI LÍ Từ năm 1980, khoa học cluster. .. pháp hóa học tính toán - Tìm chất liên kết hóa học cluster dạng Ge2M Ge3M (M = Sc-Zn) phân tích lý thuyết PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Tối ưu tính tần số dao động điều hòa đồng phân mức lí thuyết