关键词：光电子能谱;密度泛函;Ta_4C_n~(-/0)团簇
摘 要：本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱技术,结合密度泛函理论,对Ta_4C_n~(-/0)(n=0-4)团簇电子结构、成键性质以及稳定性进行了研究.实验测得Ta_4C_n~-(n=0—4)团簇负离子基态结构的垂直脱附能分别为(1.16±0.08),(1.35±0.08),(1.51±0.08),(1.30±0.08)和(1.86±0.08) eV.中性Ta_4C_n (n=0—4)团簇的电子亲和能分别为(1.10±0.08),(1.31±0.08),(1.44±0.08),(1.21±0.08)和(1.80±0.08) eV.研究发现Ta_4~(-/0)团簇为四面体结构,Ta_4C_1~(-/0)团簇中碳原子覆盖在Ta_4四面体的一个面上方,Ta_4C_2~(-/0)团簇则是两个碳原子分别覆盖在Ta_4四面体中的两个面上方.Ta_4C_3~(-/0)团簇是一个缺角立方体结构.Ta_4C_4~(-/0)团簇则是近似立方体结构,可以看成是α-TaC面心立方晶体的最小晶胞单元.分子轨道分析结果显示Ta_4C_3团簇的单电子最高占据轨道主要布居在单个钽原子周围,导致Ta_4C_3~-团簇的垂直脱附能明显低于其相邻团簇.理论研究显示随着碳原子数目的增加,Ta_4C_n~(-/0)(n=0—4)团簇中的钽-钽金属键逐渐被钽-碳共价键取代,单原子结合能逐渐增加且明显高于Ta_(4+n)~(-/0)(n=0-4)团簇.中性Ta_4C_4的单原子结合能高达7.13 eV,这说明钽-碳共价键的形成有利于提高材料的熔点,这与碳化钽作为高温陶瓷材料的特性密切相关.
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