Calculations on the structures of ScGenSc0/- (n = 3, 4) clusters
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
The structures of ScGenSc0/- (n = 3, 4) clusters were investigated by a combination of quantum chemical calculations, including the genetic algorithm (GA), the Perdew-Burke-Ernzerhof PBE functional, and coupled- cluster calculations (CCSD(T)). The geometrical structure, relative energy, harmonic vibrational frequency, adiabatic detachment energies were reported. The PBE functional is in good agreement with the CCSD(T) method. The stable structure of the SiGenSc0/− (n = 3, 4) clusters have a low spin multiplicity. The larger cluster can be formed by adsorbing the atom into the smaller cluster. The obtained results can contribute to the orientation of the nanomaterial formation for gas adsorption.
Chi tiết bài viết
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Từ khóa
GA-DFT, optimization, PBE functional, SiGe3Sc0/−, SiGe4Sc0/−
Tài liệu tham khảo
Abel, P. R., Chockla, A. M., Lin, Y.-M., Holmberg, V. C., Harris, J. T., Korgel, B. A., Heller, A., & Mullins, C. B. (2013). Nanostructured Si(1-x)Gex for tunable thin film lithium-ion battery anodes. J. Am. Chem. Soc., 7(3), 2249-2257.
Oganov, A. R., Lyakhov, A. O., & Valle, M. (2011). How Evolutionary Crystal Structure Prediction Work and Why. Acc. Chem. Res., 44(3).
Oganov, A. R., & Glass, C. W. (2006). Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications. J. Chem. Phys., 124(24).
Atobe, J., Koyasu, K., Furuse, S., & Nakajima, A. (2012). Anion photoelectron spectroscopy of germanium and tin clusters containing a transition-or lanthanide-metal atom; MGen−(n = 8-20) and MSnn−(n = 15-17)(M = Sc-V, Y-Nb, and Lu-Ta). J. Phys. Chem., 14(26), 9403-9410.
Biswas, S., Barth, S., & Holmes, J. D. (2017). Inducing imperfections in germanium nanowires. Nano Res., 10, 1-14.
Borshch, N., Pereslavtseva, N., & Kurganskii, S. (2015). Spatial structure and electron energy spectra of ScGen− (n = 6-16) clusters. Russ. J. Phys. Chem. B, 9(1), 9-18.
Carolan, D. (2017). Recent advances in germanium nanocrystals: Synthesis, optical properties and applications. Prog. Mater Sci., 90 (Supplement C), 128-158.
Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., Ceresoli, D., Chiarotti, G. L., Cococcioni, M., Dabo, I., & Dal Corso, A. (2009). QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. J. Phys. Condens. Matter., 21(9), 395502.
Hussein, H. A, & Johnston, R. L. (2019). The DFT-genetic algorithm approach for global optimization of subnanometer bimetallic clusters, in Frontiers of Nanoscience, Elsevier, 145-169.
Jennings, P., & Johnston, R. (2013). Structures of small Ti-and V-doped Pt clusters: A GA-DFT study. Comput. Theor. Chem., 1021, 91-100.
Liu, Y., Yang, J., & Cheng, L. (2018). Structural Stability and Evolution of Scandium-Doped Silicon Clusters: Evolution of Linked to Encapsulated Structures and Its Influence on the Prediction of Electron Affinities for ScSi n (n = 4-16) Clusters. Inorg Chem, 57(20), 12934-12940.
Lu, J., Yang, J., Kang, Y., & Ning, H. (2014). Probing the electronic structures and properties of neutral and anionic ScSin(0,−1) (n = 1-6) clusters using ccCA-TM and G4 theory. J. Mol. Model., 20(2), 2114.
Lu, W., Xiang, J., Timko, B. P., Wu, Y., & Lieber, C. M. (2005). One-dimensional hole gas in germanium/silicon nanowire heterostructures. Proc Natl Acad Sci U S A, 102(29), 10046-10051.
Lyakhov, A. O., Oganov, A. R., Stokes, H. T., & Zhu, Q. (2013). New developments in evolutionary structure prediction algorithm USPEX. Comput. Phys. Commun., 184(4), 1172-1182.
McVey, B. F. P., Prabakar, S., Gooding, J. J., & Tilley, R. D. (2017). Solution synthesis, surface passivation, optical properties, biomedical applications, and cytotoxicity of silicon and germanium nanocrystals. ChemPlusChem, 82(1), 60-73.
Nahali, M., & Gobal, F. (2010). Adsorption of carbon monoxide on SixGe4-x (x= 0-4) nano- clusters: a hybrid meta density functional study. Mol. Phys., 108(10), 1317-1327.
Nakata, M., Toko, K., Jevasuwan, W., Fukata, N., Saitoh, N., Yoshizawa, N., & Suemasu, T. (2015). Transfer-free synthesis of highly ordered Ge nanowire arrays on glass substrates. Applied Physics Letters, 107(13).
Neese, F. (2012). The ORCA program system. Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci, 2(1), 73-78.
Perdew, J. P., Burke, K., & Ernzerhof, M. (1996). Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett., 77(18), 3865-3868.
Pham, H. T., Pham-Ho, M. P., & Nguyen, M. T. (2019). Impressive capacity of the B7− and V2B7 clusters for CO2 capture. Chemical Physics Letters, 728, 186-194.
Sajjad, S., Hashmi, M. A., Mahmood, T., & Ayub, K. (2019). Density functional theory study of structural, electronic and CO adsorption properties of anionic Scn− (n = 2-13) clusters. Comput. Theor. Chem., 1163, 112511.
Varandas, A. J. C. (2021). Canonical and explicitly- correlated coupled cluster correlation energies of sub-kJ mol−1 accuracy via cost-effective hybrid- post-CBS extrapolation. Physical Chemistry Chemical Physics, 23(15), 9571-9584.
Wielgus, P., Roszak, S., Majumdar, D., Saloni, J., & Leszczynski, J. (2008). Theoretical studies on the bonding and thermodynamic properties of GenSim (m+n=5) clusters: the precursors of germanium/silicon nanomaterials. J. Chem. Phys., 128(14), 144305.
Xiang, J., Lu, W., Hu, Y., Wu, Y., Yan, H., & Lieber, C. M. (2006). Ge/Si nanowire heterostructures as high-performance field-effect transistors. Nature, 441(7092), 489-93.
Zhou, S., Yang, X., Shen, Y., King, R. B., & Zhao, J. (2019). Dual transition metal doped germanium clusters for catalysis of CO oxidation. J. Alloys Compd., 806, 698-704.
Oganov, A. R., Lyakhov, A. O., & Valle, M. (2011). How Evolutionary Crystal Structure Prediction Work and Why. Acc. Chem. Res., 44(3).
Oganov, A. R., & Glass, C. W. (2006). Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications. J. Chem. Phys., 124(24).
Atobe, J., Koyasu, K., Furuse, S., & Nakajima, A. (2012). Anion photoelectron spectroscopy of germanium and tin clusters containing a transition-or lanthanide-metal atom; MGen−(n = 8-20) and MSnn−(n = 15-17)(M = Sc-V, Y-Nb, and Lu-Ta). J. Phys. Chem., 14(26), 9403-9410.
Biswas, S., Barth, S., & Holmes, J. D. (2017). Inducing imperfections in germanium nanowires. Nano Res., 10, 1-14.
Borshch, N., Pereslavtseva, N., & Kurganskii, S. (2015). Spatial structure and electron energy spectra of ScGen− (n = 6-16) clusters. Russ. J. Phys. Chem. B, 9(1), 9-18.
Carolan, D. (2017). Recent advances in germanium nanocrystals: Synthesis, optical properties and applications. Prog. Mater Sci., 90 (Supplement C), 128-158.
Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., Ceresoli, D., Chiarotti, G. L., Cococcioni, M., Dabo, I., & Dal Corso, A. (2009). QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. J. Phys. Condens. Matter., 21(9), 395502.
Hussein, H. A, & Johnston, R. L. (2019). The DFT-genetic algorithm approach for global optimization of subnanometer bimetallic clusters, in Frontiers of Nanoscience, Elsevier, 145-169.
Jennings, P., & Johnston, R. (2013). Structures of small Ti-and V-doped Pt clusters: A GA-DFT study. Comput. Theor. Chem., 1021, 91-100.
Liu, Y., Yang, J., & Cheng, L. (2018). Structural Stability and Evolution of Scandium-Doped Silicon Clusters: Evolution of Linked to Encapsulated Structures and Its Influence on the Prediction of Electron Affinities for ScSi n (n = 4-16) Clusters. Inorg Chem, 57(20), 12934-12940.
Lu, J., Yang, J., Kang, Y., & Ning, H. (2014). Probing the electronic structures and properties of neutral and anionic ScSin(0,−1) (n = 1-6) clusters using ccCA-TM and G4 theory. J. Mol. Model., 20(2), 2114.
Lu, W., Xiang, J., Timko, B. P., Wu, Y., & Lieber, C. M. (2005). One-dimensional hole gas in germanium/silicon nanowire heterostructures. Proc Natl Acad Sci U S A, 102(29), 10046-10051.
Lyakhov, A. O., Oganov, A. R., Stokes, H. T., & Zhu, Q. (2013). New developments in evolutionary structure prediction algorithm USPEX. Comput. Phys. Commun., 184(4), 1172-1182.
McVey, B. F. P., Prabakar, S., Gooding, J. J., & Tilley, R. D. (2017). Solution synthesis, surface passivation, optical properties, biomedical applications, and cytotoxicity of silicon and germanium nanocrystals. ChemPlusChem, 82(1), 60-73.
Nahali, M., & Gobal, F. (2010). Adsorption of carbon monoxide on SixGe4-x (x= 0-4) nano- clusters: a hybrid meta density functional study. Mol. Phys., 108(10), 1317-1327.
Nakata, M., Toko, K., Jevasuwan, W., Fukata, N., Saitoh, N., Yoshizawa, N., & Suemasu, T. (2015). Transfer-free synthesis of highly ordered Ge nanowire arrays on glass substrates. Applied Physics Letters, 107(13).
Neese, F. (2012). The ORCA program system. Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci, 2(1), 73-78.
Perdew, J. P., Burke, K., & Ernzerhof, M. (1996). Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett., 77(18), 3865-3868.
Pham, H. T., Pham-Ho, M. P., & Nguyen, M. T. (2019). Impressive capacity of the B7− and V2B7 clusters for CO2 capture. Chemical Physics Letters, 728, 186-194.
Sajjad, S., Hashmi, M. A., Mahmood, T., & Ayub, K. (2019). Density functional theory study of structural, electronic and CO adsorption properties of anionic Scn− (n = 2-13) clusters. Comput. Theor. Chem., 1163, 112511.
Varandas, A. J. C. (2021). Canonical and explicitly- correlated coupled cluster correlation energies of sub-kJ mol−1 accuracy via cost-effective hybrid- post-CBS extrapolation. Physical Chemistry Chemical Physics, 23(15), 9571-9584.
Wielgus, P., Roszak, S., Majumdar, D., Saloni, J., & Leszczynski, J. (2008). Theoretical studies on the bonding and thermodynamic properties of GenSim (m+n=5) clusters: the precursors of germanium/silicon nanomaterials. J. Chem. Phys., 128(14), 144305.
Xiang, J., Lu, W., Hu, Y., Wu, Y., Yan, H., & Lieber, C. M. (2006). Ge/Si nanowire heterostructures as high-performance field-effect transistors. Nature, 441(7092), 489-93.
Zhou, S., Yang, X., Shen, Y., King, R. B., & Zhao, J. (2019). Dual transition metal doped germanium clusters for catalysis of CO oxidation. J. Alloys Compd., 806, 698-704.
Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả
- Nguyen Minh Thao, PGS.TS. Bui Tho Thanh, Phan Trung Cang, Ho Sy Linh, Ho Sy Thang, Calculations on the stable structures of ScGe5 cluster on the potential energy surface and its CO adsorption , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 13 Số 5 (2024): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Anh)
- Phan Trung Cang, Ho Sy Linh, Nguyen Minh Thao, Ho Sy Thang, Bui Tho Thanh, Calculations on the structures of MnB9 clusters and its interaction with H2 , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 12 Số 5 (2023): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Anh)
- Bui Van Thang, Nguyen Thi Ngoc Qui, Tran Thi Xuan Mai, Nguyen Minh Thao, An investigation on the adsorption of methylene blue from water by MnFe2O4-modified diatomite , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 12 Số 5 (2023): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Anh)
- Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, Nguyễn Đình Thành, Nghiên cứu xử lý arsenic trong nước bằng vật liệu carbon từ tính tổng hợp từ nguồn thải rơm rạ , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 11 Số 2 (2022): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Việt)
- Nguyễn Minh Thảo, Phạm Minh Xuân, Tổng hợp vật liệu nano spinel Li4Mn5O12 bằng phương pháp thủy nhiệt , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Số 23 (2016): Phần B - Khoa học Tự nhiên
- Huynh Tuan Anh, Nguyen Huu Nghi, Pham Dinh Du, Preparation and characteristics of MIL-53 metal-organic framework material with Al/Fe-bimetallic component , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 10 Số 5 (2021): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Anh)
- Nguyễn Văn Hưng, Bùi Thị Minh Nguyệt, Lê Vũ Phong, Nguyễn Hữu Nghị, Khảo sát khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản trên chất quang xúc tác N, W-TiO2/Bentonit , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Số 32 (2018): Phần B - Khoa học Tự nhiên
- Tran Van Tan, Ngo Thi Phuoc An, Tran Thanh Tuan, Nguyen Thi Hong Hanh, Nguyen Minh Thao, Tran Quoc Tri, Nguyen Hoang Lin, Structures and properties of VB5−/0 clusters from density functional theory calculations , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Tập 9 Số 5 (2020): Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Anh)
- Huỳnh Bạch Phúc Hậu, Nguyễn Minh Thảo, Phan Trung Cang, Trần Quốc Trị, Trần Văn Tân, Nghiên cứu các trạng thái electron của các cluster MnB0/-/+ bằng phương pháp tính đa cấu hình CASSCF/CASPT2 , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Số 30 (2018): Phần B - Khoa học Tự nhiên
- Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Ngọc Bích, Phan Trung Cang, Lê Thanh Tuyền, Đánh giá khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản trên vật liệu nano SiO2 với quy mô pilot , Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp: Số 31 (2018): Phần B - Khoa học Tự nhiên