金属串配合物M3(dpa)4(L)2(M=Cr、W、Mo;L=Cl-,NCS-)结构和电子输运性质的理论研究

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线性金属串配合物是一种在电、磁和光谱等方面具有特殊性质,具有作为分子导线、分子开关以及分子整流器等分子电子器件潜在应用的配合物,而其中金属与金属之间的相互作用对这类配合物的电、磁性质以及电子输运具有较大影响,所以对这类配合物金属与金属之间的成键性质的理论研究十分必要,为更好地设计新型金属串配合物可以提供理论指导。其中Cr的金属串配合物具有较好的导电性,所以引起了研究者们的广泛关注和研究。  本文应用密度泛函理论BP86方法计算并分析了同族金属W、Mo取代不对称构型金属串配合物Cr3(dpa)4Cl2中Cr原子对M(=)M键强度的影响,结合非平衡态格林函数(NEGF)模拟和分析了金属串配合物的电子传输性质,研究工作及结果主要有以下三部分内容:  (1)Mo、W取代Cr后所有配合物的基态均是五重态,单取代的MaMaMb(dpa)4Cl2和MaMbMa(dpa)4Cl2两种同分异构体都可能存在,但MaMaMb(dpa)4Cl2稳定性更高。(2)所有配合物的金属链均为非对称构型,Mo、W取代后非对称性显著增强,Mo、W原子倾向于形成短键。其中短键端的两个金属原子形成了一个四重键M(=)M,它与第三个金属原子具有弱相互作用。在原子距离相同时,金属原子的价电子层数越大,价轨道伸展得更远,越有利于轨道重叠,故M(=)M键强度为:Mo-Mo>W-Mo>W-W>Mo-Cr>W-Cr>Cr-Cr。(3)对比MaMbMa(dpa)4Cl2与MaMbMa(dpa)4Cl2型两种异构体,前者的金属短键较弱,但金属链离域性较好,且端位弱相互作用的金属原子具有更高的自旋密度,导电性可能更强。  (4)配合物Cr3(dpa)4(NCS)21、CrMoMo(dpa)4(NCS)22、CrWW(dpa)4(NCS)23和CrWMo(dpa)4(NCS)24的HOMO轨道为自旋为α的单占σ型轨道,因价层d轨道能W>Mo>Cr,故由d轨道组成的HOMO轨道能3>4>2>1。(5)传输通道都是σ型通道,具有很好的导电性,导电性能3>4>2>1。(6)4个配合物都具有自旋过滤效应,α自旋电流远大于β自旋电流。自旋过滤效应3>4>2>1。
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