$\mathrm{Au_nGe_{m}}$ 团簇稳定性的理论研究

我们利用第一性原理密度泛函理论 (DFT) 方法研究了由两个相连的 $\mathrm{Ge_{m}}$ 笼状团簇形成的团簇的性质，例如实验合成的 $\mathrm{Au_3Ge_{18}^{5-}}$。我们特别关注由 $\mathrm{Ge_{6}}$ 形成的 $\mathrm{Au_nGe_{12}^{q-}}$，其中 $n=0-3$ 且 $q=0,2$。我们使用 SIESTA 代码检查了这些团簇的几何结构、电子结构和热激发，并通过短时分子动力学模拟测试了其稳定性。我们对由 Ge-Ge 或 Au-Ge 键形成的 $\mathrm{Ge_{m}}$ 间团簇桥的检查表明，$\mathrm{Ge_{m}}$ 相互作用分子轨道的重叠既可以将团簇结合在一起，也可以将其撕裂，这取决于桥接原子相对于笼的取向。我们表征了电中性 $\mathrm{AuGe_{12}}$ 和 $\mathrm{Au_2Ge_{12}}$ 稳定异构体的性质，发现径向定向的分子轨道稳定了 $\mathrm{AuGe_{12}}$，而几何不对称性稳定了 $\mathrm{Au_2Ge_{12}}$ 和 $\mathrm{Au_3Ge_{18}}$。我们考察了二维 $_2^\infty[\mathrm{Au_2Ge_{6}}]$ 结构，发现其比其他周期性 $[\mathrm{Au_nGe_{6}}]$ 亚单元更稳定。我们未观察到 $\mathrm{Au_3Ge_{12}}$ 的稳定中性异构体，但发现额外电荷支持 $\mathrm{Au_2Ge_{12}}$ 和 $\mathrm{Au_3Ge_{12}}$ 的异构体。