Structural and vibrational properties of neutral Au16

中性金团簇Au16的结构和振动性质研究涉及多个知识点，包括相对论性密度泛函计算、金纳米颗粒的几何结构、振动光谱以及催化活性等。 相对论性密度泛函计算是研究金团簇性质的一种重要理论计算方法。该方法能够在相对论效应显著的情况下，准确描述金原子的电子结构，从而深入研究金团簇的物理化学性质。在描述中性Au16的结构和振动性质时，利用这种计算方法可以探究Au16同分异构体的振动谱信息是否具有特定的特征，有助于识别不同同分异构体的几何结构。 在金纳米颗粒的催化活性研究中，发现分散在氧化物支持上的金纳米颗粒能够显示出卓越的催化性能。这种现象激发了对金纳米体系微观机制的理解，形成了所谓的“淘金热”。金纳米颗粒的催化性能与其几何结构密切相关，特别是含有许多低配位边缘原子的结构，这些结构与块状金明显不同。因此，理解金纳米颗粒的几何结构对于深入研究其催化行为至关重要。 文章中提到的不同实验技术和量子力学计算已被用来提供原子级分辨率的金纳米颗粒和团簇的图像。例如，结合离子迁移率测量和密度泛函理论（DFT）计算表明，小的阳离子金团簇在室温下倾向于平面结构，直至Au7+，而这一结果也通过光电子能谱（PES）和被困离子电子衍射（TIED）实验得到了证实。此外，通过TIED和DFT联合确定了金团簇阴离子从二维向三维的转变发生在12个原子的大小时。 文章还指出，在基态附近存在许多能量相近的同分异构体，它们的远红外（IR）光谱具有可作为指纹信号的独特特征，用以识别它们的几何结构。这表明，不同几何结构的金团簇异构体在振动光谱中具有不同的特征峰。例如，帆船形异构体的IR光谱与壳层形扁平笼状异构体的光谱存在显著差异，这些差异不仅体现在峰的强度上，还体现在频率位置上。 这些知识点的探索对于理解和应用金纳米材料的物理化学性质具有重要意义。特别是在催化领域，通过研究金团簇的结构和振动性质，可以深入理解其催化活性的微观机制，并在分子尺度上设计和调控具有特定功能的金纳米催化剂。此外，这些理论和实验的研究方法也可以拓展到其他金属纳米团簇的研究，为纳米科技的发展提供理论支撑和技术手段。