张超江 许洪光 徐西玲† 郑卫军‡

1) (中国科学院化学研究所, 北京分子科学研究中心, 分子反应动力学国家重点实验室, 北京 100190)

2) (中国科学院大学, 北京 100049)

3) (北京怀柔综合性国家科学中心, 物质科学实验室, 北京 101400)

(2020 年8 月17 日收到; 2020 年9 月1 日收到修改稿)

1 引 言

过渡金属碳化物(transition metal carbide)是一类具有高熔点、高硬度、高热稳定性以及类金属性质的物质, 广泛应用于机械切割、高温部件以及核反应堆等领域, 在开发新型超高温陶瓷材料、二维材料、电子材料、能源材料以及催化材料等方面具有重要意义[1−7].近年来, 人们对过渡金属碳化物相关团簇已经进行了大量的研究[8−26].Guo等[9,10]在钛/碳团簇质谱中发现了具有特殊稳定性的团簇, 并推测其结构是一个具有高对称性(Th)的十二面体金属碳笼(Metcar).Reddy 等[11]采用密度泛函(density functional theory, DFT)方法研究了Ti8C12的能量、电子结构以及磁性等性质, 认为其稳定性主要归功于碳-碳以及钛-碳之间类似共价键的作用力, 钛原子的存在使团簇具有一定磁性.Wang 研究组采用光电子能谱技术对第四周期过渡金属掺杂碳团簇进行了系统的研究.他们发现(x = 2—5)团簇呈环状结构[22], 而(n = 2—8)团簇中则是链状和环状结构共存[23], 对于后过渡金属如Fe/Cu/Au 掺杂的碳团簇更倾向于形成金属原子位于碳链末端的线性结构[24−26].Xu 等[27]结合光电子能谱和理论计算发现(n = 3—10)团簇的电子结合能呈现明显的奇偶性, 结构为链状和环状竞争共存.Redondo与其合作者[28−37]对第四周期过渡金属掺杂碳团簇(M = Sc, Ti, V, Fe, Co, Zn, n = 1—8)进行了理论研究, 发现团簇结构……