Boron-based binary Be6B102− cluster: three-layered aromatic sandwich, electronic transmutation, and dynamic structural fluxionality

文献情報

出版日 2018-08-13
DOI 10.1039/C8CP04332A
インパクトファクター 3.676
著者

Lin-Yan Feng, Peng-Fei Li, Hua-Jin Zhai


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要旨

Boron-based nanoclusters have unique structures, bonding, and dynamic properties, which originate from boron's electron-deficiency. We demonstrate here that pouring in extra electrons can alter such systems fundamentally. A coaxial triple-layered Be6B102− sandwich cluster is designed via global structural searches and quantum chemical calculations. It is well defined as the global minimum, which consists of a slightly elongated B10 monocyclic ring and two Be3 rings, the latter forming a Be6 trigonal-prism albeit without interlayer Be–Be bonding. The B10 ring shows structural and chemical integrity with respect to the Be3 rings, and yet it differs markedly from the free B10 cluster and closely resembles the C10 cluster. The present data testify to the idea of electronic transmutation, in which a B− is equivalent to C and a B10 cluster, upon charge-transfer, is converted to and stabilized as a monocyclic ring analogous to C10. Chemical bonding analyses reveal that the B10 ring in the Be6B102− cluster has 10π and 10σ delocalization and each Be3 ring is held together by 2σ electrons, collectively rendering four-fold π/σ aromaticity. The bonding pattern is in line with the formula of [Be3]4+[B10]10−[Be3]4+, suggesting a highly charged electron-transfer complex. Furthermore, the Be6B102− cluster is dynamically fluxional with dual modes of revolution (orbiting) and rotation (twisting), being structurally robust at least up to a temperature of 1500 K.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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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