基于BemOn(m+n=3、4、5)团簇的几何结构研究

□余利瑞

理氧化铍是一种稀有的氧化物，它主要适用于陶瓷材料。此外，铍氧化铍是必不可少的原子能量，用于火箭，导弹，航空和冶金工业。任等人已经研究了BeO的几何和电子的性质，如结合能、稳定性以及芳香性等[1]。(BeO)n(n=212、16、20和24)的几何结构也被研究[2]。Boldyrev等人已经计算了BeOBe的分子性质，如键长和总能量。Srnec等人利用B3LYP/CCPVDZ方法研究了其在超表面上的性质。然而，所有的调查主要是专注于研究其几何结构，对更复杂的团簇，如不同数量的Be原子和O原子目前还没有报道，所以在这篇文章中，我们主要关注的Be和O构成的复杂体系的几何结构。

一、计算方法及结果

寻找同分异构体的过程中初始结构是一个关键点。按照Ryzhkov等人提出的二项式方案，如图1所示，首先可以优化BeO稳定结构，形成BeO稳定的Be2O和BeO2团簇，通过添加一个Be或O原子形成Be2O和BeO2，优化得到其稳定异构体，再添加一个Be或O原子来形成BeO3，Be2O2和Be3O团簇的初始结构。Be3O2和Be2O3和BeO4的初始结构也可以用同样的方式。应该注意到：不同添加原子的位置会导致许多不同的结构，其中有一些初始结构可能最后优化得到同一个相同的稳定结构。因此，位置的选择很关键。通过振动频率来确认团簇能量的稳定性。所有的计算都用广义梯度近似PW91，基于密度泛函理论的基础DNP(DFT)，在Dmol3模块中实现。

根据二项式方案，我们已经建立了BemOn(m+n=3、4、5)的初始结构，通过优化计算获得了稳定的结构。所有结构通过确认无虚频率出现来进一步确认其能量的稳定性。对于BemOn(m+n=3)团簇，我们获得了3种稳定的结构，并在图2中显示。那只有一种比氧异构体被编号为“1”，其他两种比一种异构体分别为“2”和“3”。

图1 构建BemOn(m+n=3,4,5)团簇的方案

图2 BemOn(m+n=3)同分异构体

对于BemOn(m+n=4)集群，从大量初始结构中得到了9个稳定结构。如图3所示，有两个Be3O异构体编号为“1”和“2”，3个Be2O2同分异构体为“3”，“4”和“5”和4个BeO3异构体分别为“6”、“7”、“8”和“9”。对于BemOn(m+n=5)团簇，总共有18个稳定的异构体，如图4所示，包括2个Be4O异构体，5个Be3O2异构体，4个Be2O3同分异构体和7个BeO4异构体。它们的编号分别为1到18。

图3 BemOn(m+n=4)同分异构体

图4 BemOn(m+n=5)同分异构体

二、结语

本文优化计算了BemOn(m+n=3、4、5)团簇的几何结构。通过频率分析最终获得3个BemOn(m+n=3)，9个BemOn(m+n=4)和18个BemOn(m+n=5)结构。本文所提供的结果为BemOn(m+n=3、4、5)的体系的相关研究提供一定的理论指导。