磷氟化物及其阴离子电子结构的理论研究

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阴离子由于其特殊的物理和化学性质,在很多领域如材料化学、环境化学、基础化学中起着重要的作用,引起了实验化学家和理论化学家的极大兴趣,从研究发展来看,由于阴离子电子结构的多样性,特别是其对价层电子束缚比较弱,很容易失去电子,使得实验研究阴离子尤其是对电子亲和势的测量是很困难的,而且部分分子有负的电子亲和势,本身不稳定,更增加了实验研究难度,因此,理论研究显得尤为重要。  研究表明,高精度的从头算法(如CCSD,QCISD)能很好的处理小分子的能量问题,而部分密度泛函方法(如B3LYP)也广泛的用于预测和计算分子的能量问题。本文从第一性原理出发,用量子化学密度泛函理论(DFT)方法的B3LYP和高精度从头算法(MPn、QCISD)在6-311+g(d)和aug-cc-pvdz基组下优化了PFn/PFn—(n=1-6)的几何结构,计算了它们的结合能、电子亲和势,分析了它们的电子结构和中心原子磷的轨道杂化类型,最后讨论了在Cs+轰击KPF6实验中PFn—的产额与中性PFn分子和阴离子性质的关系。  结果表明,中性PF3、PF5分子和阴离子PF2—、PF4—、PF6—中电子形成稳定的闭壳层结构,比较稳定。PF3的垂直和绝热电子亲和势均为负值,因此PF3不能形成阴离子。PF4和PF4—中P原子的轨道杂化及其与F原子的成键方式相同,PF5和PF5—中P原子的轨道杂化方式不同,中性分子和阴离子的结构具有很大的差别,虽然PF5的绝热电子亲和势为正,但垂直电子亲和势为负,PF5不能直接俘获电子形成阴离子。从平均键强来看,PF6—与PF4—形成最稳定的阴离子。这与Cs+离子束轰击KPF6实验中,PF6—与PF4—的产额最高的结论一致。
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