硼基纳米团簇中的新分子结构

来自中国清华大学的布朗大学研究人员和合作者表明，由硼和镧系元素制成的纳米团簇形成高度稳定和对称的结构，具有令人感兴趣的磁性。

“硼镧系元素是电子和其他应用中使用的一类重要材料，但硼镧系元素的纳米团簇尚未被研究过，”布朗化学教授，一篇描述这项工作的论文的高级作者王丽生说。“我们刚刚开始研究这些纳米团簇，我们在这里展示它们可以有一个有趣的'反向夹层'结构，其中包含硼和镧系元素原子的正确组合。”

该结构 - 一个键合的硼原子环，每个侧面键合有一个镧系元素原子 - 出现在由八个硼原子和两个镧或镨原子(周期表中的镧系元素的两个成员)组成的簇中。三明治结构 - 其中两个平面芳烃分子围绕单个金属原子的复合物 - 在化学中是众所周知的，并且他们的发现在1973年获得诺贝尔奖。已知反向夹层结构在铀 - 有机分子复合物中形成，Wang说，但这是第一次在硼镧系元素中看到这种结构。

Wang的实验室使用一种称为光电子能谱的技术来研究由不同化学元素组成的纳米团簇。该技术涉及使用高功率激光切换原子簇。每个zap都会从群集中击出一个电子。通过测量那些释放的电子的动能，研究人员可以了解簇中的原子如何结合在一起并推断出簇的物理结构。为了找到结构，Wang将光电子能谱与量子化学家李俊教授和他的清华学生的理论计算进行了比较。

“我们发现由八个硼和两个镧系元素原子组成的团簇是高度对称的，这是从它们简单的光谱模式推断的，”Wang说。“在化学中，每当我们发现高度对称的东西时，它就会非常令人兴奋。”

王说，通过将结构保持在一起的化学键的性质，产生了这种对称性。这些债券的性质也使集群具有高度磁性。这可能使它们在纳米电子应用或其他地方有用。

Wang说，这项研究还有助于揭示大块硼化物。

“它为我们提供了一种了解硼化物材料结合和结构的新方法，”他说。“通过研究小型单位，我们可以深入了解批量系统，我认为我们已经在这里获得了一些见解。”