Prompted by the very recent claim that the volleyball-shaped B80 fullerene [X. Wang, Phys. Rev. B 82, 153409 (2010) https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.153409] is lower in energy than the B80 buckyball [N. G. Szwacki, A. Sadrzadeh, and B. I. Yakobson, Phys. Rev. Lett. 98, 166804 (2007) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.166804] and core-shell structure [J. Zhao, L. Wang, F. Li, and Z. Chen, J. Phys. Chem. A 114, 9969 (2010) https://doi.org/10.1021/jp1018873], and inspired by the most recent finding of another core-shell isomer as the lowest energy B80 isomer [S. De, A. Willand, M. Amsler, P. Pochet, L. Genovese, and S. Goedecher, Phys. Rev. Lett. 106, 225502 (2011) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.225502], we carefully evaluated the performance of the density functional methods in the energetics of boron clusters and confirmed that the core-shell construction (stuffed fullerene) is thermodynamically the most favorable structural pattern for B80. Our global minimum search showed that both B101 and B103 also prefer a core-shell structure and that B103 can reach the complete core-shell configuration. We called for great attention to the theoretical community when using density functionals to investigate boron-related nanomaterials.
REFERENCES
1.
A. N.
Alexandrova
, A. I.
Boldyrev
, H. J.
Zhai
, and L. S.
Wang
, Coord. Chem. Rev.
250
, 2811
(2006
);2.
L.
Wang
, J.
Zhao
, F.
Li
, and Z.
Chen
, Chem. Phys. Lett.
501
, 16
(2010
).3.
Q.
Yan
, X.
Sheng
, Q.
Zheng
, L.
Zhang
, and G.
Su
, Phys. Rev. B
78
, 201401
–R
(2008
).4.
I.
Boustani
, Phys. Rev. B
55
, 16426
(1997
).5.
M.
Atiş
, C.
Özdoşan
, and Z. B.
Güvenç
, Chin. J. Chem. Phys.
22
, 380
(2009
).6.
R. R.
Zope
and T.
Baruah
, Phys. Rev. B
80
, 033410
(2009
).7.
S.
Botti
, A.
Castro
, N. N.
Lathiotakis
, X.
Andrade
, and M. A. L.
Marques
, Phys. Chem. Chem. Phys.
11
, 4523
(2009
).8.
Y. F.
Zhao
, M. T.
Lusk
, A. C.
Dillon
, M. J.
Heben
, and S. B.
Zhang
, Nano Lett.
8
, 157
(2008
);
[PubMed]
G. F.
Wu
, J. L.
Wang
, X. Y.
Zhang
, and L. Y.
Zhu
, J. Phys. Chem. C
113
, 7052
(2009
);9.
Z. H.
Zhai
, L. S.
Wang
, A. N.
Alexandrova
, A. I.
Boldyrev
, and V. G.
Zakrzewski
, J. Phys. Chem. A
107
, 9319
(2003
).10.
A. N.
Alexandrova
, A. I.
Boldyrev
, H. J.
Zhai
, L. S.
Wang
, E.
Steiner
, and P. W.
Fowler
, J. Phys. Chem. A
107
, 1359
(2003
).11.
H. J.
Zhai
, B.
Kiran
, J.
Li
, and L. S.
Wang
, Nature Mater.
2
, 827
(2003
).12.
H. J.
Zhai
, A. N.
Alexandrova
, K. A.
Birch
, A. I.
Boldyrev
, and L. S.
Wang
, Angew. Chem. Int. Ed.
42
, 6004
(2003
);H. J.
Zhai
, A. N.
Alexandrova
, K. A.
Birch
, A. I.
Boldyrev
, and L. S.
Wang
, Angew. Chem. Int. Ed.
115
, 6186
(2003
).13.
A. N.
Alexandrova
, A. I.
Boldyrev
, H. J.
Zhai
, and L. S.
Wang
, J. Phys. Chem. A
108
, 3509
(2004
).14.
A. N.
Alexandrova
, H. J.
Zhai
, L. S.
Wang
, and A. I.
Boldyrev
, Inorg. Chem.
43
, 3552
(2004
).15.
A. N.
Alexandrova
, A. I.
Boldyrev
, H. J.
Zhai
, and L. S.
Wang
, J. Chem. Phys.
122
, 054313
(2005
).16.
B.
Kiran
, S.
Bulusu
, H. J.
Zhai
, S.
Yoo
, X. C.
Zeng
, and L. S.
Wang
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
, 961
(2005
).17.
A. P.
Sergeeva
, D. Y.
Zubarev
, H. J.
Zhai
, A. I.
Boldyrev
, and L. S.
Wang
, J. Am. Chem. Soc.
130
, 7244
(2008
).18.
W.
Huang
, A. P.
Sergeeva
, H. J.
Zhai
, B. B.
Averkiev
, L. S.
Wang
, and A. I.
Boldyrev
, Nat. Chem.
2
, 202
(2010
).19.
N. G.
Szwacki
, A.
Sadrzadeh
, and B. I.
Yakobson
, Phys. Rev. Lett.
100
, 159901
(2008
).20.
J. L.
Li
and G. W.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
95
, 133115
(2009
);J. T.
Wang
, C.
Chen
, E. G.
Wang
, D. S.
Wang
, H.
Mizuseki
, and Y.
Kawazoe
, Appl. Phys. Lett.
94
, 133102
(2009
);J. L.
Li
and G. W.
Yang
, J. Appl. Phys.
107
, 113702
(2010
);21.
Q. B.
Yan
, Q. R.
Zheng
, and G.
Su
, Phys. Rev. B
77
, 224106
(2008
);A. Y.
Liu
, R. R.
Zope
, and M. R.
Pederson
, Phys. Rev. B
78
, 155422
(2008
);Q. B.
Yan
, Q. R.
Zheng
, and G.
Su
, Phys. Rev. B
80
, 104111
(2009
).22.
A.
Sadrzadeh
, O. V.
Pupysheva
, A. K.
Singh
, and B. I.
Yakobson
, J. Phys. Chem. A
112
, 13679
(2008
).23.
H.
Tang
and S.
Ismail-Beigi
, Phys. Rev. Lett.
99
, 115501
(2007
).24.
C.
Özdoğan
, S.
Mukhopadhyay
, W.
Hayami
, Z. B.
Güvenç
, R.
Pandey
, and I.
Boustani
, J. Phys. Chem. C
114
, 4362
(2010
).25.
A. K.
Singh
, A.
Sadrzadeh
, and B. I.
Yakobson
, Nano Lett.
8
, 1314
(2008
).26.
H.
Tang
and S.
Ismail-Beigi
, Phys. Rev. B
82
, 115412
(2010
).27.
S.
Saxena
and T. A.
Tyson
, Phys. Rev. Lett.
104
, 245502
(2010
).28.
J. T.
Muya
, F. D.
Proft
, P.
Geerlings
, M. T.
Nguyen
, and A.
Ceulemans
, J. Phys. Chem. A
115
, 9069
(2011
).29.
W.
Hayami
and S.
Otani
, J. Phys. Chem. A
115
, 8204
(2011
).30.
H.
Li
, N.
Shao
, B.
Shang
, L.
Yuan
, J.
Yang
, and X. C.
Zeng
, Chem. Commun.
46
, 3878
(2010
).31.
J.
Zhao
, L.
Wang
, F.
Li
, and Z.
Chen
, J. Phys. Chem. A
114
, 9969
(2010
).32.
D.
Jiang
, M.
Walter
, and S.
Dai
, Chem. Euro. J.
16
, 4999
(2010
).33.
X.
Wang
, Phys. Rev. B
82
, 153409
(2010
).34.
S.
De
, A.
Willand
, M.
Amsler
, P.
Pochet
, L.
Genovese
, and S.
Goedecker
, Phys. Rev. Lett.
106
, 225502
(2011
).35.
W.
An
, S.
Bulusu
, Y.
Gao
, and X. C.
Zeng
, J. Chem. Phys.
124
, 154310
(2006
).36.
L.
Pan
, J.
Li
, and L. S.
Wang
, J. Chem. Phys.
129
, 024302
(2008
).37.
C. R.
Hsing
, C. M.
Wei
, N. D.
Drummond
, and R. J.
Needs
, Phys. Rev. B
79
, 245401
(2009
).38.
D. L.V. K.
Prasad
and E. D.
Jemmis
, Phys. Rev. Lett.
100
, 165504
(2008
).39.
M. T.
Nguyen
, M. H.
Matus
, V. T.
Ngan
, D. J.
Grant
, and D. A.
Dixon
, J. Phys. Chem. A
113
, 4895
(2009
);
[PubMed]
40.
G. D.
Purvis
III and R. J.
Bartlett
, J. Chem. Phys.
76
, 1910
(1982
);A.
Pople
, M.
Head-Gordon
, and K.
Raghavachari
, J. Chem. Phys.
87
, 5968
(1987
).41.
C.
Møller
and S.
Plesset
, Phys. Rev.
46
, 618
(1934
).42.
A. D.
Becke
, Phys. Rev. A
38
, 3098
(1988
);C.
Lee
, W.
Yang
, and R. G.
Parr
, Phys. Rev. B
37
, 785
(1988
).43.
P. J.
Stephens
, F. J.
Devlin
, C. F.
Chabalowski
, and M. J.
Frisch
, J. Phys. Chem.
98
, 11623
(1994
).44.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).45.
C.
Adamo
and V.
Barone
, J. Chem. Phys.
110
, 6158
(1999
).46.
J.
Tao
, J. P.
Perdew
, V. N.
Staroverov
, and G. E.
Scuseria
, Phys. Rev. Lett.
91
, 146401
(2003
).47.
J. P.
Perdew
, S.
Kurth
, A.
Zupan
, and P.
Blaha
, Phys. Rev. Lett.
82
, 2544
(1999
);J. P.
Perdew
, J.
Tao
, V. N.
Staroverov
, and G. E.
Scuseria
, J. Chem. Phys.
120
, 6898
(2004
).
[PubMed]
48.
B. J.
Lynch
, Y.
Zhao
, and D. G.
Truhlar
, J. Phys. Chem. A
107
, 1384
(2003
).49.
Y.
Zhao
, and D. G.
Truhlar
, Theor. Chem. Acc.
120
, 215
(2008
).50.
P. v. R.
Schleyer
, C.
Maerker
, A.
Dransfeld
, H.
Jiao
, and N. v. E.
Hommes
, J. Am. Chem. Soc.
118
, 6317
(1996
);
[PubMed]
Z.
Chen
, C.
Wannere
, C.
Corminboeuf
, R.
Puchta
, and P. v. R.
Schleyer
, Chem. Rev.
105
, 3842
(2005
).
[PubMed]
51.
P. v. R.
Schleyer
, G.
Subramanian
, and A.
Dransfeld
, J. Am. Chem. Soc.
118
, 9988
(1996
);P. v. R.
Schleyer
, G.
Subramanian
, H.
Jiao
, K.
Najafian
, and M.
Hofmann
, in Advances in Boron Chemistry
, edited by W.
Siebert
(The Royal Society of Chemistry
, Cambridge, England
, 1997
), pp. 3
–14
;P. v. R.
Schleyer
and K.
Najafian
, in The Borane, Carborane and Carbocation Continuum
, edited by J.
Casanova
(Wiley
, New York
, 1998
), pp. 169
–190
;52.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
et al., GAUSSIAN 09, Revision A.01; Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2009
. See the supplementary materials (Ref. 65) for the full reference.53.
M.
Valiev
, E. J.
Bylaska
, N.
Govind
, K.
Kowalski
, T. P.
Straatsma
, H. J. J.
van Dam
, D.
Wang
, J.
Nieplocha
, E.
Apra
, T. L.
Windus
, and W. A.
de Jong
, Comput. Phys. Commun.
181
, 1477
(2010
).54.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
47
, 558
(1993
);G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
49
, 14251
(1994
).55.
B.
Delley
, J. Chem. Phys.
92
, 508
(1990
);B.
Delley
, J. Chem. Phys.
113
, 7756
(2000
).56.
L.
Laaksonen
, J. Mol. Graphics
10
, 33
(1992
);D. L.
Bergman
, L.
Laaksonen
, and A.
Laaksonen
, J. Mol. Graphics Modell.
15
, 301
(1997
).57.
R. N.
Gunasinghe
, C. B.
Kah
, K. D.
Quarles
, and X.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
98
, 261906
(2011
).58.
A.
Tkatchenko
and M.
Scheffler
, Phys. Rev. Lett.
102
, 073005
(2009
).59.
K.
Raghavachari
, D. L.
Strout
, G. K.
Odom
, G. E.
Scuseria
, J. A.
Pople
, B. G.
Johnson
, and P. M. W.
Gill
, Chem. Phys. Lett.
214
, 357
(1993
);Z.
Chen
, T.
Heine
, H.
Jiao
, A.
Hirsch
, W.
Thiel
, and P. v. R.
Schleyer
, Chem. Eur. J.
10
, 963
(2004
);F.
Lin
, E. S.
Sørensen
, C.
Kallin
, and A. J.
Berlinsky
, Phys. Rev. B
76
, 033414
(2007
);60.
P.
Pochet
, L.
Genovese
, S.
De
, S.
Goedecker
, D.
Caliste
, S. A.
Ghasemi
, K.
Bao
, and T.
Deutsch
, Phys. Rev. B
83
, 081403
–R
(2011
).61.
Z.
Chen
, S.
Neukermans
, X.
Wang
, E.
Janssens
, Z.
Zhou
, R. E.
Silverans
, R. B.
King
, P. v. R.
Schleyer
, and P.
Lievens
, J. Am. Chem. Soc.
128
, 12829
(2006
).62.
M.
Saunders
, H. A.
Jiménez-Vázquez
, R. J.
Cross
, S.
Mroczkowski
, D. L.
Freddberg
, and F. A. L.
Anet
, Nature (London)
367
, 256
(1994
).63.
D. E.
Bean
, J. T.
Muya
, P. W.
Fowler
, M. T.
Nguyen
, and A.
Ceulemans
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 20855
(2011
).64.
R. G.
Delaplane
, T.
Lundström
, U.
Dahlborg
, and W. S.
Howells
, AIP Conf. Proc.
231
, 241
(1991
);65.
See supplementary materials at http://dx.doi.org/10.1063/1.3682776 for the full citation of Ref. 52, the mean absolute energy deviations of eight functionals for B20 isomers compared with CCSD(T) reference, as well as optimized coordinates of B20, B80 isomers, and B101–103 structures.
66.
J. T.
Muya
, G.
Gopakumar
, M. T.
Nguyen
, and A.
Ceulemans
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 7524
(2011
).© 2012 American Institute of Physics.
2012
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
