Theoretical Investigation of Binary and Ternary Metal Clusters derived from [Y10M]n— Zintl Ions

Abstract

The pseudo element concept is applied to isolated Zintl anions [Y10M]n—, where M is Ni or Zn, and Y is a third group element, which is replaced by a fourth group element X. The aim of the theoretical study is to identify stable binary metal atom clusters and to test the robustness of the Zintl concept. DFT and RIMP2 methods are employed for this purpose. All low-energy isomers of [X10M]m+ show structures known from corresponding Zintl anions. A partial replacement of only six third group elements, however, may lead to different low-energy topologies. The cohesive energy of the clusters X10Ni (X = Si, Ge, Sn, Pb) is significantly higher than that of the bare X10 species, binding energy of the Ni atom amounts to about 5 eV. Theoretische Untersuchung der von den Zintl-Ionen [Y10M]n— abgeleiteten binären und ternären Metallclustern Das Pseudoelementkonzept wurde auf die isolierten Zintl-Anionen [Y10M]n— angewendet, wobei M Ni oder Zn und Y ein Element der dritten Hauptgruppe darstellt, welches durch ein Element X der vierten Hauptgruppe ersetzt wird. Das Ziel dieser theoretischen Studie ist es, stabile binäre Metallatomcluster zu identifizieren und die Robustheit des Zintl-Konzeptes zu überprüfen. Hierzu wurden DFT- und RIMP2-Methoden verwendet. Alle energetisch günstigen Isomere [X10M]m+ weisen Strukturen der entsprechenden Zintl-Anionen auf. Eine teilweise Ersetzung von nur sechs Elementen der dritten Hauptgruppe führt jedoch zu anderen energetisch tiefliegenden Topologien. Die Kohäsionsenergie der Cluster X10Ni (X = Si, Ge, Sn, Pb) ist signifikant höher als die der Cluster X10, die Bindungsenergie des Ni-Atoms beträgt in etwa 5 eV.