Structural and electronic properties of reduced transition metal oxide clusters, M 4O 10 and M 4O 10 - (M = Cr, W), from photoelectron spectroscopy and quantum chemical calculations

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 116, Issue 21, 2012, Pages 5256-5271

  Li, Shenggang ^a   Zhai, Hua Jin ^b   Wang, Lai Sheng ^b   Dixon, David A ^a  

^a UNIVERSITY OF ALABAMA   (United States)

^b BROWN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANION PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY; BP86 FUNCTIONALS; CAS-SCF; CCSD; CENTRAL METALS; COMPLETE ACTIVE SPACE SELF-CONSISTENT FIELDS; COUPLED-CLUSTER THEORY; DENSITY FUNCTIONAL THEORIES (DFT); DFT METHOD; ELECTRON DETACHMENT ENERGIES; ENERGETIC PROPERTIES; GROUND ELECTRONIC STATE; GROUND-STATE STRUCTURES; HEATS OF FORMATION; HOMO-LUMO GAPS; MULTIPLE BONDS; NEUTRAL CLUSTERS; OXIDE CLUSTERS; PHOTOELECTRON SPECTRUM; PHOTON ENERGY; QUANTUM CHEMICAL CALCULATIONS; REACTION ENERGY; RELATIVE ENERGIES; TETRAHEDRAL STRUCTURES; TIME-DEPENDENT DFT; TRANSITION-METAL OXIDES; VERTICAL DETACHMENT ENERGIES; VERTICAL ELECTRON DETACHMENT ENERGIES;

CHROMIUM; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STATES; ELECTRONIC STRUCTURE; EXCITATION ENERGY; GROUND STATE; ISOMERS; JAHN-TELLER EFFECT; METALLIC COMPOUNDS; NEGATIVE IONS; PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY; PHOTOELECTRONS; QUANTUM CHEMISTRY; TRANSITION METALS; TUNGSTEN;

O RINGS;

EID: 84861760240     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp303604k     Document Type: Article

References (110)

1. Rao, C. N. R. and Raveau, B. Transition Metal Oxides; Wiley-VCH: New York, 1998.
2. Weckhuysen, B. M.; Wachs, I. E.; Schoonheydt, R. A. Chem. Rev. 1996, 96, 3327-3350
3. Schwarz, K. J. Phys. F 1986, 16, L211-L215
4. Kamper, K. P.; Schmitt, W.; Guntherodt, G.; Gambino, R. J.; Ruf, R. Phys. Rev. Lett. 1987, 59, 2788-2791
5. Korotin, M. A.; Anisimov, V. I.; Khomskii, D. I.; Sawatzky, G. A. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 4305-4308
6. For a recent review on gas phase catalysis, see: Böhme, D. K.; Schwarz, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2336-2354
7. Ivanov, A. A.; Demidov, A. V.; Popenko, N. I.; Zasorin, E. Z.; Spiridonov, V. P. J. Mol. Struct. 1980, 63, 121-125
8. Hop, C. E. C. A.; McMahon, T. B. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 1237-1243
9. Hachimi, A.; Poitevin, E.; Krier, G.; Muller, J. F.; Ruiz-Lopez, M. F. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 1995, 144, 23-45
10. Aubriet, F.; Maunit, B.; Muller, J. F. Int. J. Mass Spectrom. 2001, 209, 5-21
11. Aubriet, F.; Muller, J. F. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 6053-6059
12. Fiedler, A.; Kretzschmar, I.; Schroder, D.; Schwarz, H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9941-9952
13. Chertihin, G. V.; Bare, W. D.; Andrews, L. J. Chem. Phys. 1997, 107, 2798-2806
14. Wenthold, P. G.; Gunion, R. F.; Lineberger, W. C. Chem. Phys. Lett. 1996, 258, 101-106
15. Wenthold, P. G.; Jonas, K. L.; Lineberger, W. C. J. Chem. Phys. 1997, 106, 9961-9962
16. Van Stipdonk, M. J.; Justes, D. R.; Schweikert, E. A. Int. J. Mass Spectrom. 2000, 203, 59-69
17. Wang, X.; Neukermans, S.; Vanhoutte, F.; Janssens, E.; Verschoren, G.; Silverans, R. E.; Lievens, P. Appl. Phys. B 2001, 73, 417-423
18. Janssens, E.; Hou, X. J.; Neukermans, S.; Wang, X.; Silverans, R. E.; Lievens, P.; Nguyen, M. T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 4150-4157
19. Gianotto, A. K.; Hodges, B. D. M.; Benson, M. T.; Harrington, P.; de, B.; Appelhans, A. D.; Olson, J. E.; Groenewold, G. S. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 5948-5955
20. Gianotto, A. K.; Hodges, B. D. M.; Harrington, P.; de, B.; Appelhans, A. D.; Olson, J. E.; Groenewold, G. S. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003, 14, 1067-1075
21. Tono, K.; Terasaki, A.; Ohta, T.; Kondow, T. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 133402 (4 pages)
22. Tono, K.; Terasaki, A.; Ohta, T.; Kondow, T. J. Chem. Phys. 2003, 119, 11221-11227
23. Bergeron, D. E.; Castleman, A. W., Jr.; Jones, N. O.; Khanna, S. N. Nano Lett. 2004, 4, 261-265
24. Molek, K. S.; Reed, Z. D.; Ricks, A. M.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 8080-8089
25. Zhai, H. J.; Wang, L. S. Chem. Phys. Lett. 2010, 500, 185-195
26. Gutsev, G. L.; Jena, P.; Zhai, H. J.; Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2001, 115, 7935-7944
27. Zhai, H. J.; Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7882-7888
28. Zhai, H. J.; Huang, X.; Waters, T.; Wang, X. B.; O'Hair, R. A. J.; Wedd, A. G.; Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 10512-10520
29. Zhai, H. J.; Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 164315 (9 pages)
30. Zhai, H. J.; Li, S.; Dixon, D. A.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5167-5177
31. Li, S.; Zhai, H. J.; Wang, L. S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 11273-11288
32. Reddy, B. V.; Khanna, S. N. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 3170-3173
33. Reddy, B. V.; Khanna, S. N.; Ashman, C. Phys. Rev. B 2000, 61, 5797-5801
34. Veliah, S.; Xiang, K. H.; Pandey, R.; Recio, J. M.; Newsam, J. M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1126-1135
35. Xiang, K. H.; Pandey, R.; Recio, J. M.; Francisco, E.; Newsam, J. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 990-994
36. Lau, K. C.; Kandalam, A. K.; Costales, A.; Pandey, R. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 112-117
37. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 6231-6244
38. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 11908-11921
39. Parr, R. G.; Yang, W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: New York, 1989.
40. Wang, B.; Chen, W.-J.; Zhao, B.-C.; Zhang, Y. F.; Huang, X. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 1964-1972
41. Rothgeb, D. W.; Hossain, E.; Kuo, A. T.; Troyer, J. L.; Jarrold, C. C.; Mayhall, N. J.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 2009, 130, 124314 (8 pages)
42. Mayhall, N. J.; Rothgeb, D. W.; Hossain, E.; Raghavachari, K.; Jarrold, C. C. J. Chem. Phys. 2009, 130, 124313 (10 pages)
43. Rothgeb, D. W.; Hossain, E.; Mann, J. E.; Jarrold, C. C. J. Chem. Phys. 2010, 132, 064302 (10 pages)
44. Hossain, E.; Rothgeb, D. W.; Jarrold, C. C. J. Chem. Phys. 2010, 133, 024305 (10 pages)
45. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
46. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
47. Zhai, H. J.; Huang, X.; Cui, L. F.; Li, X.; Li, J.; Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6019-6030
48. Huang, X.; Zhai, H. J.; Kiran, B.; Wang, L. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 7251-7254
49. Huang, X.; Zhai, H. J.; Li, J.; Wang, L. S. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 85-92
50. Zhai, H. J.; Döbler, J.; Sauer, J.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13270-13276
51. Zhai, H. J.; Kiran, B.; Cui, L. F.; Li, X.; Dixon, D. A.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16134-16141
52. Huang, X.; Zhai, H. J.; Waters, T.; Li, J.; Wang, L. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 657-660
53. Zhai, H. J.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3022-3026
54. Zhai, H. J.; Zhang, X. H.; Chen, W. J.; Huang, X.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3085-3094
55. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6646-6666
56. Li, S.; Hennigan, J. M.; Dixon, D. A.; Peterson, K. A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7861-7877
57. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 2665-2683
58. Li, S.; Guenther, C. L.; Kelley, M. S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 8072-8103
59. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 19190-19196
60. Zhai, H. J.; Averkiev, B. B.; Zubarev, D. Yu.; Wang, L. S.; Boldyrev, A. I. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4277-4280
61. Zubarev, D. Yu.; Averkiev, B. B.; Zhai, H. J.; Wang, L. S.; Boldyrev, A. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 257-267
62. Li, S.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 11093-11099
63. Sun, Q.; Rao, B. K.; Jena, P.; Stolcic, D.; Kim, Y. D.; Gantefor, G.; Castleman, A. W., Jr. J. Chem. Phys. 2004, 121, 9417-9422
64. Asmis, K. R.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Sauer, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 3122-3125
65. Janssens, E.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Woste, L.; Lievens, P.; Sauer, J.; Meijer, G.; Asmis, K. R. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 233401 (4 pages)
66. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
67. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822-8824
68. Wang, L. S.; Cheng, H. S.; Fan, J. J. Chem. Phys. 1995, 102, 9480-9493
69. Wang, L. S.; Wu, H. In Advances in Metal and Semiconductor Clusters, Vol. 4, Cluster Materials; Duncan, M. A., Ed.; JAI Press: Greenwich, CT, 1998; pp 299-343.
70. Wang, L. S.; Li, X. In Clusters and Nanostructure Interfaces; Jena, P.; Khanna, S. N.; Rao, B. K., Eds.; World Scientific: Teaneck, NJ, 2000; pp 293-300.
71. Akola, J.; Manninen, M.; Hakkinen, H.; Landman, U.; Li, X.; Wang, L. S. Phys. Rev. B 1999, 60, R11297-R11300
72. Wang, L. S.; Li, X.; Zhang, H. F. Chem. Phys. 2000, 262, 53-63
73. Zhai, H. J.; Wang, L. S.; Alexandrova, A. N.; Boldyrev, A. I. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7917-7924
74. Wang, T.-H.; Fang, Z.; Gist, N. W.; Li, S.; Dixon, D. A.; Gole, J. L. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9344-9360
75. Kendall, R. A.; Dunning, T. H., Jr.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796-6806
76. Peterson, K. A.; Figgen, D.; Dolg, M.; Stoll, H. J. Chem. Phys. 2007, 126, 124101 (12 pages)
77. Figgen, D.; Peterson, K. A.; Dolg, M.; Stoll, H. J. Chem. Phys. 2009, 130, 164108 (12 pages)
78. Purvis, G. D., III; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1982, 76, 1910-1918
79. Raghavachari, K.; Trucks, G. W.; Pople, J. A.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 479-483
80. Watts, J. D.; Gauss, J.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 98, 8718-8733
81. Bartlett, R. J.; Musial, M. Rev. Mod. Phys. 2007, 79, 291-352
82. Deegan, M. J. O.; Knowles, P. J. Chem. Phys. Lett. 1994, 227, 321-327
83. Knowles, P. J.; Hampel, C.; Werner, H.-J. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5219-5227
84. Rittby, M.; Bartlett, R. J. J. Phys. Chem. 1988, 92, 3033-3036
85. Woon, D. E.; Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4572-4585
86. Peterson, K. A.; Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 2002, 117, 10548-10560
87. Jamorski, C.; Casida, M. E.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1996, 104, 5134-5147
88. Bauernschmitt, R.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1996, 256, 454-464
89. Bauernschmitt, R.; Häser, M.; Treutler, O.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1997, 264, 573-578
90. Hirata, S.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 291-299
91. Casida, M. E.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 2000, 113, 8918-8935
92. Hirata, S.; Zhan, C.-G.; Aprà, E.; Windus, T. L.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 10154-10158
93. Zhan, C.-G.; Nicholas, J. A.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4184-4195
94. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Gaussian 09, revision B.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
95. Dunlap, B. I. J. Chem. Phys. 1983, 78, 3140-3142
96. Dunlap, B. I. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2000, 529, 37-40
97. Knowles, P. J.; Manby, F. R.; Schütz, M.; Celani, P.; Knizia, G.; Korona, T.; Lindh, R.; Mitrushenkov, A.; Rauhut, G.; Adler, T. B.; MOLPRO, version 2010.1, a package of ab initio programs. See http://www.molpro.net.
98. Valiev, M.; Bylaska, E. J.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T. P.; van Dam, H. J. J.; Wang, D.; Nieplocha, J.; Apra, E.; Windus, T. L. Comput. Phys. Commun. 2010, 181, 1477-1489
99. AMPAC 9, 1992-2008, Semichem, Inc. 12456 W 62nd Terrace-Suite D, Shawnee, KS 66216.
100. Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements; Pergamon Press: Oxford, U.K., 1984; p 579.
101. Jahn, H. A.; Teller, E. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1937, 161, 220-235
102. Lee, T. J.; Taylor, P. R. Int. J. Quantum Chem., Symp. 1989, 23, 199-207
103. Bino, A.; Cotton, F. A.; Dori, Z.; Sekutowski, J. C. Inorg. Chem. 1978, 17, 2946-2950
104. Levisalles, J.; Rose-Munch, F.; Rudler, H.; Daran, J.-C.; Jeannin, Y. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1981, 1057-1059
105. Abrahamson, H. B.; Heeg, M. J. Inorg. Chem. 1984, 23, 2281-2286
106. Budzichowski, T. A.; Chisholm, M. H.; Folting, K.; Huffman, J. C.; Streib, W. E. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7428-7440
107. Lopez, L. P. H.; Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9526-9527
108. Feller, D.; Peterson, K. A.; Dixon, D. A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 204015 (32 pages)
109. Sander, S. P.; Friedl, R. R.; Ravishankara, A. R.; Golden, D. M.; Kolb, C. E.; Kurylo, M. J.; Molina, M. J.; Moortgat, G. K.; Keller-Rudej, H.; Finlayson-Pitts, B. J.; Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies: Evaluation Number 15; JPL Publication 06-2, National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology: Pasadena, CA July 10, 2006. See: http://jpldataeval. jpl.nasa.gov/pdf/JPL-15-AllInOne.pdf.
110. Cox, J. D.; Wagman, D. D.; Medvedev, V. A. CODATA Key Values for Thermodynamics; Hemisphere: New York, 1989.