Investigation of spin-flip reactions of Nb + CH3CN by relativistic density functional theory

文献情報

出版日 2012-03-22
DOI 10.1039/C2CP23225A
インパクトファクター 3.676
著者

Qiang Li, Yi-Xiang Qiu, Xian-Yang Chen


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要旨

In order to explore the details of the reaction mechanisms of Nb atoms with acetonitrile molecules, the sextet, quartet, and doublet spin state potential energy surfaces have been investigated. Density functional theory (DFT) with the relativistic zero-order regular approximation at the PW91/TZ2P level has been applied. The complicated minimum energy reaction path involves four transition states (TS), stationary states (1) to (5) and two intersystem crossings from spin sextets to quartets to doublets (indicated by ⇒): 6Nb + NCCH3 → 6Nb η1-NCCH3 (61) → 6TS1/2 ⇒ 4Nb η2-(NC)CH3 (42) → 4TS2/3 → 4NbH η3-(NCCH2) (43) → 4TS3/4 → CNNbCH3 (44) ⇒ 2TS4/5 → CN(NbH)CH2 (25). The minimum energy crossing points were determined with the help of the DFT fractional-occupation-number approach. The first spin inversion leads from the sextet to an energetically low intermediate quartet (42) with final insertion of Nb into the C–C bond. The second one from the quartet to the doublet state facilitates the activation of a C–H bond, lowering the rearrangement-barrier by 44 kJ mol−1. The overall reaction is calculated to be exothermic by about 170–180 kJ mol−1. All intermediate and product species were frequency and NBO analyzed. The species can be rationalized with the help of Lewis type formulas.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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