Stability and aromaticity of small neutral and charged boron clusters: a quantum Monte Carlo study

Abstract

Neste trabalho, investigamos as energias de ligação eletrônica dos clusters de boro neutros Bn, com n = 3 até n = 13, seus ânions e cátions, usando uma combinação dos métodos, Monte Carlo quântico na aproximação dos nós fixos (FN-DMC), teoria do funcional da densidade e Hartree-Fock. As energias de ligação eletrônica como adiabatic detachment energy, vertical detachment energy, adiabatic ionization potential e vertical ionization potential foram examinadas para diferentes isômeros, e os valores obtidos estão em excelente concordância com resultados disponíveis na literatura, indicando que as geometrias dos clusters de boro, obtidas neste trabalho, estão corretas. A decomposição dessas energias de ligação eletrônica em três componentes físicas como, o potencial eletrostático e a interação de exchange, a energia de relaxação, a qual inclui a relaxação da geometria e dos orbitais, e a correlação eletrônica, nos permitiu determinar que os clusters de boro neutros são estabilizados pelas interações eletrostática e de exchange, enquanto os clusters aniônicos são estabilizados pela energia eletrostática e exchange, energia de relaxação e efeitos de correlação eletrônica. Também investigamos a aromaticidade de pequenos clusters de boro com três e quatro átomos através de princípios de estrutura eletrônica e energia de ressonância. Os resultados FN-DMC aplicados aos princípios de estrutura eletrônica para a energia, hardness e electrophilicity suportam a aromaticidade dos clusters B3-, B4- e B4 , e parcialmente suportam a aromaticidade dos clusters B3 , B3+ e B4+. Os valores obtidos para a energia de ressonância dos clusters B3, B3-, B3+, B4, B4- e B4+ foram: 55.1(7), 54.2(8), 33.9(7), 84(1), 67(1), and 58(1) kcal/mol, respectivamente. Então, a ordem decrescente de estabilidade do trímero é B3- > B3 > B3+, enquanto que paro o tetrâmero é B4 > B4+ > B4- , o que está de acordo com resultados de análise de orbitais.