硫桥连铂形成平面多配位硼/硅化物的理论研究

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自1970年平面四配位碳(Pt C)的概念被提出以来,含有Pt C的实例不断通过理论预测和实验制备被发现。这些非经典小分子的结构可以通过电子作用或机械作用很好地稳定。由此基于平面甲烷的成键模式可以广泛地扩展到其它元素的平面超配位结构的设计中去。含有平面超配位构型的小分子有可能延伸构成平面材料,并且他们可能具有不同寻常的电磁特性和独特的催化功能。我们对平面超配位化学和构建结构以及电子分布特性的基本认知将有助于促进该领域未来的发展。本论文应用密度泛函理论(B3LYP)依次研究了作为全局能量最小点的硫桥连过渡金属铂形成的四配位硼分子BPt4S4n(n=-2,-1,0)体系和四配位及五配位硅分子SiPt4S42-,SiPt5S5-体系的结构和稳定性。本论文验证了稳定平面多配位分子的最主要因素为体系的多重芳香性,同时也证明了硫作为极好的桥连元素引入平面设计的可行性,为实验上捕获平面四配位硼分子和平面多配位硅分子提供理论依据。本论文的主要研究内容如下:1.研究证实了硫桥连铂形成稳定的四配位硼团簇BPt4S4n(n=-2,-1,0)体系,团簇结构搜索表明三个价态下含平面四配位硼(Pt B)的结构均为全局最小点结构。在B3LYP/def2-TZVP水平下,硼原子与周围的配体铂原子具有很强的相互作用,形成了稳定的BPt4中心核;外围的以硫桥连铂形成的Pt4S4骨架也较坚固。BPt4S4-稳定性优于BPt4S42-和BPt4S4,且具有良好的热力学和动力学稳定性。其优良的稳定性从其绝热电离能ADE,绝热吸附能AEA和独立于核的垂直化学位移NICS值等体现。分子轨道CMOs和AdNDP轨道显示BPt4S4-中内部的BPt4核具有π和σ双重芳香性,这说明四配位硼团簇BPt4S4-具有极强的稳定性,推断出它在实验中被探测进而被应用的前景可能更好。三个价态下得失电子均发生在S原子上而BPt4核的电子基本不变,解释了三个价态下团簇均可以形成Pt B结构的原因。2.研究证实了硫桥连铂形成稳定的四配位及五配位硅团簇SiPt4S42-和SiPt5S5-体系。在B3LYP/def2-TZVP水平下,证实了SiPt4S42-的全局最小点结构含有平面四配位硅(Pt Si),具有极好的热力学和动力学稳定性。CMOs和AdNDP轨道分析证明SiPt4核具有双重芳香性。在Pt Si的基础上,扩大环的尺寸使其成为五元环,设计得到具有平面五配位硅(Pp Si)的SiPt5S5-,它也是势能面上的全局最小点结构。CMOs和AdNDP轨道分析表明SiPt5核同样具有双重芳香性,进一步验证了多重芳香性对于平面设计的有效性。
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