Model calculations for the prediction of the diradical character of physisorbed molecules: p-benzyne/MgO and p-benzyne/SrO

文献情報

出版日 2023-09-19
DOI 10.1039/D3CP02988C
インパクトファクター 3.676
著者

Kohei Tada, Yoyo Hinuma


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要旨

The analysis of the diradical state of functional open-shell molecules is important for understanding their physical properties and chemical reactivity. The diradical character is an important factor in the functional elucidation and design of open-shell molecules. In recent years, attempts have been made to immobilise functional open-shell molecules on surfaces to form devices. However, the influence of surface interactions on the diradical state remains unclear. In this study, the physisorption structures of p-benzyne, which is a typical diradical molecule, on MgO(001) and SrO(001) surfaces are used as models to investigate how the diradical character is affected by physisorption. This is done using approximate spin-projected density functional theory calculations with dispersion correction and plane-wave basis (AP-DFT-D3/plane-wave calculations). The diradical character change (Δy) due to adsorption can be categorised into three factors, namely the change due to the distortion of the diradical molecule (Δydis), the interaction between neighbouring diradical molecules (Δycoh), and molecule-surface interactions (Δysurf). In all the calculated models, physisorption reduced the diradical character (Δy < 0), and the contribution of Δysurf was the largest among the three factors. The calculated results show that adsorption induces electron delocalisation to π-conjugated orbitals and intramolecular charge polarisation, both of which contribute to reducing the occupancy of singly occupied molecular orbitals. This indicates that the diradical character of p-benzyne is reduced by the stabilisation of the resonance structures. Furthermore, geometry optimisation of the surfaces shows that the chemical-soft surface (SrO) varies the diradical character more significantly than the chemical-hard surface (MgO). This study shows that the open-shell electronic state and stack structure of diradical molecules can be controlled through the analysis of the surface diradical state.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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