Cooperativity and reactivity properties of medium-sized boron clusters: a combined density functional theory and information-theoretic approach study

合作性 化学 密度泛函理论 星团(航天器) 化学物理 反应性(心理学) 电泳剂 计算化学 芳香性 分子 有机化学 催化作用 替代医学 程序设计语言 病理 医学 生物化学 计算机科学
作者
Wenbiao Zhang,Yilin Zhao,Xiaoyan An,Jia Fu,Jingwen Zhang,Dongbo Zhao,Shubin Liu,Chunying Rong
出处
期刊:Molecular Physics [Taylor & Francis]
被引量:7
标识
DOI:10.1080/00268976.2022.2157774
摘要

In continuation of our previous work of small boron clusters [Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 24118 (2021)], we systematically examined the neutral and negatively charged boron clusters Bn/Bn′ − (nε{8–38}) with planar or quasi-planar conformations, whose exotic properties have aroused considerable interest in the literature. We make use of two total energy partition schemes, conceptual density functional theory, and the information-theoretic approach to appreciate the cooperativity and reactivity properties. We found that neutral boron clusters are positively cooperative, but negatively charged boron clusters are negatively cooperative. Our results show that the origin of the cooperativity effect for the negatively cooperative boron clusters is much more complicated than the neutral boron clusters. For chemical reactivity, we unveil that the reactive sites are around the cluster periphery and boron atoms can be both electrophilic and nucleophilic. Global and local aromaticity for the boron clusters can be totally different. For the first time, we have observed helical spin density distributions for negatively charged boron clusters (B16– and B20–), which is reminiscent of helical molecular orbitals [Chem. Sci. 4, 4278 (2013)] in allenes, cumulenes, and oligoynes (polyalkynes). Collectively, our results should provide more insights to understand the exotic properties of boron clusters and henceforth yield novel potential applications.
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