Детекція слабких взаємодій між Au- та молекулами благородних газів: фотоелектронна спектроскопія та математичне моделювання

Короткий зміст

Detecting Weak Interactions between Au- and Gas Molecules: A

Photoelectron Spectroscopic and Ab Initio Study

Yi Gao, Wei Huang, Jeffrey Woodford, Lai-Sheng Wang, and Xiao Cheng Zeng

Department of Chemistry, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, Nebraska 68588, Department of Physics, Washington State University, 2710 University Drive, Richland, Washington 99354, Chemical & Materials Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory, MS K8-88, P.O. Box 999, Richland, Washington 99352, and Department of Chemistry, Easte
Oregon University, La Grande, Oregon 97850

Детекція слабких взаємодій між Au^- та молекулами благородних газів: фотоелектронна спектроскопія та математичне моделювання.

Відкриття незвичних каталітичних властивостей наночасток золота посприяло розширенню досліджень його хімічних властивостей. В низці експериментів, проведених Коксом (Сох), вже досліджені взаємодії між  Au⁺ та О₂ (катіони Au_n⁺ реагують з О₂  при n=10, однак Au^- не виявляють такої активності), Au⁺ та СН₄ (з останнім реагують катіони Au⁺, аніони Au^- не вступають у взаємодію). Методом фотоелектронної спектроскопії (PSE) Zhau довів, що AuО₂^- має лінійну будову ОAuО^-, слабкі зв’язки Au(О₂)^- свідчать про інертність Au^- до О₂.

У статті наведені дані теоретичного та експериментального вивчення взаємодій між аніоном Au^- та атомами благородних газів (Ne, Ar, Kr,  Xe), молекул О₂, СН₄, та Н₂О. Методом PSE вивчались фотоелектронні спектри  Au^-, AuAr^- та Au(Н₂О)^-. Спектри AuAr^- та Au^- ідентичні,  також  схожі спектри у Au(Н₂О)^-  та Au^-. Обчислення енергії зв’язків та енергії вертикального відщеплення електрона (VDE)  у комплексах  Au^--М (М = Ne, Ar, Kr,  Xe, О₂, СН₄, та Н₂О) проводилось методом CCSD(T), обчислення похибки - методом BSSE. Енергія зв’язків у комплексах Au^--М має тенденцію до зростання у наступному ряду: Au^-, Au^-∙∙∙Ne, Au^-∙∙∙ О₂, Au^-∙∙∙Ar, Au^-∙∙∙Kr, Au^-∙∙∙СН₄, Au^-∙∙∙ Xe та Au^-∙∙∙Н₂О. Для Au(О₂)^- енергія зв’язку між Au та О₂ дорівнює 0,78 ккал/моль, що на 0,11 ккал/моль меньше порівняно з AuAr^-. Взаємодія між Au^- та Н₂О більша за інші проаналізовані та сильніша за водневий зв’язок (>10ккал/моль). Припускають, що заряд у такому комплексі розподіляється наступним чином: Au^- = 1,06е та Н = 0,45е, отже можно говорити про електростатичні  взаємодії між Au^- та Н₂О. Математично обчислена енергії вертикального відщеплення електрона (VDE) у комплексах Au^--М співпадає з виміряною експериментально. Так, математичне VDE для Au^- = 2,296еV, проти експериментального значення 2,309еV, для комплексу Au^-∙∙∙ О₂ дорівнює 2,306 еV та 2,33(3)еV відповідно. Виключенням є комплекс Au^-∙∙∙ Xe, який має високу енергію зв’язку та меншу величину енергії VDE, порівняно з Au^-∙∙∙СН₄, що може бути пояснено псевдопотенціалом комплексу з Xe.

Отже, методом фотоелектронної спектроскопії (PSE) можна досліджувати слабкі міжмолекулярні взаємодії між аніонами Au^- та молекулами газів, крім того, дані отримані в експерименті узгоджуються з математично обрахованим результатом.