The photoelectron spectra of Au2Sin (n = 1–7) clusters were measured, and the structural evolution and bonding properties of Au2Si1–7 anions and their corresponding neutral counterparts were investigated by theoretical calculations. The two Au atoms in Au2Si1–7−/0 prefer to occupy low coordinate sites and form fewer Au–Si bonds. The aurophilic interaction is fairly weak in these clusters. The most stable structures of both Au2Sin anions and Au2Sin neutrals can be described as the two Au atoms interacting with the Sin frameworks. The most stable isomers of Au2Sin anions are in spin doublet states, while those of the neutral clusters are in spin singlet states. The lowest-lying isomers of Au2Si1−/0 have C2v symmetric V-shaped structures. The global minimum of the Au2Si2 anion has a D2h symmetric planar rhombus structure, while that of the Au2Si2 neutral adopts a C2v symmetric dibridged structure. In Au2Si3−/0, the two Au atoms independently interact with the different Si–Si bonds of the Si3 triangular structure. The global minima of Au2Si4–7−/0 primarily adopt prismatic based geometries. Interestingly, Au2Si6−/0 have significant 3D aromaticity and possess σ plus π double bonding characters, which play important roles in their structural stability.

1.
S. M.
Beck
,
J. Chem. Phys.
87
,
4233
(
1987
).
2.
J.
Lu
and
S.
Nagase
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
115506
(
2003
).
3.
P.
Sen
and
L.
Mitas
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
68
,
155404
(
2003
).
4.
F.
Hagelberg
,
C.
Xiao
, and
W. A.
Lester
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
67
,
035426
(
2003
).
5.
N.
Uchida
,
T.
Miyazaki
, and
T.
Kanayama
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
74
,
205427
(
2006
).
6.
H. G.
Xu
,
X. Y.
Kong
,
X. J.
Deng
,
Z. G.
Zhang
, and
W. J.
Zheng
,
J. Chem. Phys.
140
,
024308
(
2014
).
7.
V.
Kumar
and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
045503
(
2001
).
8.
A. K.
Singh
,
T. M.
Briere
,
V.
Kumar
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
146802
(
2003
).
9.
X. Y.
Kong
,
H. G.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
J. Chem. Phys.
137
,
064307
(
2012
).
10.
W. Q.
Ma
and
F. Y.
Chen
,
J. Mol. Model
19
,
4555
4560
(
2013
).
11.
R.
Robles
and
S. N.
Khanna
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
80
,
115414
(
2009
).
12.
J. R.
Li
,
G. H.
Wang
,
C. H.
Yao
,
Y. W.
Mu
,
J. G.
Wan
, and
M.
Han
,
J. Chem. Phys.
130
,
164514
(
2009
).
13.
J. R.
Li
,
C. H.
Yao
,
Y. W.
Mu
,
J. G.
Wan
, and
M.
Han
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
916
,
139
146
(
2009
).
14.
B. H.
Zhang
,
H. S.
Wang
,
L. H.
Lu
,
K. L.
Ai
,
G.
Zhang
, and
X. L.
Cheng
,
Adv. Funct. Mater.
18
,
2348
2355
(
2008
).
15.
Y.
Nakao
and
T.
Hiyama
,
Chem. Soc. Rev.
40
,
4893
4901
(
2011
).
16.
S. Y.
Reece
,
J. A.
Hamel
,
K.
Sung
,
T. D.
Jarvi
,
A. J.
Esswein
,
J. J. H.
Pijpers
, and
D. G.
Nocera
,
Science
334
,
645
648
(
2011
).
17.
X.
Su
,
Q. L.
Wu
,
J. C.
Li
,
X. C.
Xiao
,
A.
Lott
,
W. Q.
Lu
,
B. W.
Sheldon
, and
J.
Wu
,
Adv. Energy Mater.
4
,
1300882
(
2014
).
18.
L.
Ji
,
M. D.
McDaniel
,
S. J.
Wang
,
A. B.
Posadas
,
X. H.
Li
,
H. Y.
Huang
,
J. C.
Lee
,
A. A.
Demkov
,
A. J.
Bard
,
J. G.
Ekerdt
, and
E. T.
Yu
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
84
90
(
2015
).
19.
B.
Kaiser
,
W.
Calvet
,
E.
Murugasen
,
J.
Ziegler
,
W.
Jaegermann
,
S. E.
Pust
,
F.
Finger
,
S.
Hoch
,
M.
Blug
, and
J.
Busse
,
Int. J. Hydrogen Energy
40
,
899
904
(
2015
).
20.
P.
Bogdanoff
,
D.
Stellmach
,
O.
Gabriel
,
B.
Stannowski
,
R.
Schlatmann
,
R. v. d.
Krol
, and
S.
Fiechter
,
Energy Technol.
4
,
230
241
(
2016
).
21.
J.
Wang
and
J. H.
Liu
,
J. Phys. Chem. A
112
,
4562
4567
(
2008
).
22.
W. X.
Ji
and
C. L.
Luo
,
Int. J. Quantum Chem.
112
,
2525
2531
(
2012
).
23.
R.-N.
Zhao
,
J.-G.
Han
, and
Y.-H.
Duan
,
Thin Solid Films
556
,
571
579
(
2014
).
24.
X. M.
Huang
,
H. G.
Xu
,
S. J.
Lu
,
Y.
Su
,
R. B.
King
,
J. J.
Zhao
, and
W. J.
Zheng
,
Nanoscale
6
,
14617
14621
(
2014
).
25.
X.
Huang
,
S.-J.
Lu
,
X.
Liang
,
Y.
Su
,
L.
Sai
,
Z.-G.
Zhang
,
J.
Zhao
,
H.-G.
Xu
, and
W.
Zheng
,
J. Phys. Chem. C
119
,
10987
10994
(
2015
).
26.
H. T.
Pham
,
T. T. T.
Phan
,
N. M.
Tam
,
L. V.
Duong
,
M. P.
Pham-Ho
, and
M. T.
Nguyen
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
17566
17570
(
2015
).
27.
S.-J.
Lu
,
H.-G.
Xu
,
X.-L.
Xu
, and
W.-J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. C
121
,
11851
11861
(
2017
).
28.
H. T.
Pham
,
D.
Majumdar
,
J.
Leszczynski
, and
M. T.
Nguyen
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
3115
3124
(
2017
).
29.
R.
Robles
,
S.
Khanna
, and
A.
Castleman
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
77
,
235441
(
2008
).
30.
R.
Robles
and
S. N.
Khanna
,
J. Chem. Phys.
130
,
164313
(
2009
).
31.
T.
Iwasa
and
A.
Nakajima
,
J. Phys. Chem. C
116
,
14071
14077
(
2012
).
32.
D.
Palagin
,
T.
Teufl
, and
K.
Reuter
,
J. Phys. Chem. C
117
,
16182
16186
(
2013
).
33.
Z. F.
Liu
,
X. Q.
Wang
,
J. T.
Cai
, and
H. J.
Zhu
,
J. Phys. Chem. C
119
,
1517
1523
(
2015
).
34.
P.
Pyykkö
,
Chem. Rev.
88
,
563
594
(
1988
).
35.
P.
Pyykkö
,
Angew. Chem., Int. Ed.
43
,
4412
4456
(
2004
).
36.
J. P.
Desclaux
and
P.
Pyykkö
,
Chem. Phys. Lett.
39
,
300
303
(
1976
).
37.
B.
Kiran
,
X.
Li
,
H. J.
Zhai
,
L. F.
Cui
, and
L. S.
Wang
,
Angew. Chem., Int. Ed.
43
,
2125
2129
(
2004
).
38.
V. G.
Zavodinsky
and
I. A.
Kuyanov
,
J. Appl. Phys.
81
,
2715
2719
(
1997
).
39.
T. S.
Matthews
,
C.
Sawyer
,
D. F.
Ogletree
,
Z. L.
Weber
,
D. C.
Chrzan
, and
J. Q.
Wu
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
096102
(
2012
).
40.
P.
Madras
,
E.
Dailey
, and
J.
Drucker
,
Nano Lett.
10
,
1759
1763
(
2010
).
41.
E.
Dailey
,
P.
Madras
, and
J.
Drucker
,
J. Appl. Phys.
108
,
064320
(
2010
).
42.
C. L.
Mayfield
and
M. N.
Huda
,
Chem. Phys. Lett.
605-606
,
38
43
(
2014
).
43.
M.
Abe
,
T.
Nakajima
, and
K.
Hirao
,
J. Chem. Phys.
117
,
7960
7967
(
2002
).
44.
F. C.
Chuang
,
C. C.
Hsu
,
Y. Y.
Hsieh
, and
M. A.
Albao
,
Chin. J. Phys.
48
,
82
102
(
2010
); available at http://psroc.org/cjp/download.php?type=paper&vol=48&num=1&page=82.
45.
J.
Wang
,
Y.
Liu
, and
Y. C.
Li
,
Phys. Lett. A
374
,
2736
2742
(
2010
).
46.
Z.-J.
Zhou
and
Y.-F.
Hu
,
Z. Naturforsch., A
67
,
99
110
(
2012
).
47.
E. M.
Dore
and
J. T.
Lyon
,
J. Cluster Sci.
27
(
4
),
1365
1381
(
2016
).
48.
Y. J.
Li
,
J. T.
Lyon
,
A. P.
Woodham
,
P.
Lievens
,
A.
Fielicke
, and
E.
Janssens
,
J. Phys. Chem. C
119
,
10896
10903
(
2015
).
49.
X.
Li
,
B.
Kiran
, and
L.-S.
Wang
,
J. Phys. Chem. A
109
,
4366
4374
(
2005
).
50.
B.
Kiran
,
X.
Li
,
H. J.
Zhai
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
125
,
133204
(
2006
).
51.
R.
Pal
,
L.-M.
Wang
,
W.
Huang
,
L.-S.
Wang
, and
X. C.
Zeng
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
3396
3404
(
2009
).
52.
L. S.
Wang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
(
31
),
8694
8705
(
2010
).
53.
S.-J.
Lu
,
X.-L.
Xu
,
G.
Feng
,
H.-G.
Xu
, and
W.-J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. C
120
,
25628
25637
(
2016
).
54.
Q. T.
Tran
,
S.-J.
Lu
,
L.-J.
Zhao
,
X.-L.
Xu
,
H.-G.
Xu
,
V. T.
Tran
,
J.
Li
, and
W.-J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. A
122
,
3374
3382
(
2018
).
55.
H. G.
Xu
,
Z. G.
Zhang
,
Y.
Feng
,
J. Y.
Yuan
,
Y. C.
Zhao
, and
W. J.
Zheng
,
Chem. Phys. Lett.
487
,
204
208
(
2010
).
56.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
K. A.
Peterson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
and
X.
Li
, gaussian 09, Revision A.02,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2009
.
57.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
1372
1377
(
1993
).
58.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
5652
(
1993
).
59.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
37
,
785
789
(
1988
).
60.
P. J.
Stephens
,
F. J.
Devlin
,
C. F.
Chabalowski
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
98
(
45
),
11623
11627
(
1994
).
61.
M. M.
Francl
,
W. J.
Pietro
,
W. J.
Hehre
,
J. S.
Binkley
,
M. S.
Gordon
,
D. J.
DeFrees
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
77
,
3654
3665
(
1982
).
62.
M.
Dolg
,
U.
Wedig
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Chem. Phys.
86
,
866
872
(
1987
).
63.
J.
Lv
,
Y. C.
Wang
,
L.
Zhu
, and
Y. M.
Ma
,
J. Chem. Phys.
137
,
084104
(
2012
).
64.
G. D.
Purvis
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
76
,
1910
1918
(
1982
).
65.
G. E.
Scuseria
and
H. F.
Schaefer
,
J. Chem. Phys.
90
,
3700
3703
(
1989
).
66.
K. A.
Peterson
and
C.
Puzzarini
,
Theor. Chem. Acc.
114
,
283
296
(
2005
).
67.
D. E.
Woon
and
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
98
,
1358
1371
(
1993
).
68.
R.
Naaman
and
Z.
Vager
,
In the Structure of Small Molecules and Ions
(
Plenum Press
,
New York
,
1988
), pp.
1115
1118
.
69.
J. P.
Foster
and
F.
Weinhold
,
J. Am. Chem. Soc.
102
,
7211
7218
(
1980
).
70.
A. E.
Reed
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
78
,
4066
4703
(
1983
).
71.
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
, and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
735
746
(
1985
).
72.
A. E.
Reed
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
1736
1740
(
1985
).
73.
J. E.
Carpenter
, Ph.D. thesis,
University of Wisconsin
,
1987
.
74.
J. E.
Carpenter
and
F.
Weinhold
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
169
,
41
62
(
1988
).
75.
A. E.
Reed
,
L. A.
Curtiss
, and
F.
Weinhold
,
Chem. Rev.
88
,
899
926
(
1988
).
76.
T.
Lu
and
F.
Chen
,
J. Comput. Chem.
33
(
5
),
580
592
(
2012
).
77.
J.
Akola
,
M.
Manninen
,
H.
Hakkinen
,
U.
Landman
,
X.
Li
, and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
60
,
R11297
R11300
(
1999
).
78.
D. J.
Tozer
and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
10180
10189
(
1998
).
79.
B.
Simard
and
P. A.
Hackett
,
J. Mol. Spectrosc.
142
,
310
318
(
1990
).
80.
J. J.
Scherer
,
J. B.
Paul
,
C. P.
Collier
,
A.
O’Keefe
, and
R. J.
Saykally
,
J. Chem. Phys.
103
,
9187
9192
(
1995
).
81.
R. W.
Schmude
, Jr.
,
Q.
Ran
,
K. A.
Gingerich
, and
J. E.
Kingcade
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
102
,
2574
2579
(
1995
).
82.
A. M.
James
,
P.
Kowalczyk
,
B.
Simard
,
J. C.
Pinegar
, and
M. D.
Morse
,
J. Mol. Spectrosc.
168
,
248
257
(
1994
).
83.
K. A.
Gingerich
,
J. Chem. Phys.
50
,
5426
5428
(
1969
).
84.
R. W. G.
Wyckoff
,
Crystal Structures
(
Interscience
,
New York
,
1963
).
85.
L.
Pauling
,
J. Am. Chem. Soc.
54
,
3570
3582
(
1932
).
86.
W.
Humphrey
,
A.
Dalke
, and
K.
Schulten
,
J. Mol. Graphics
14
,
33
38
(
1996
).
87.
D. Y.
Zubarev
and
A. I.
Boldyrev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
5207
5217
(
2008
).
88.
P. v. R.
Schleyer
,
C.
Maerker
,
A.
Dransfeld
,
H.
Jiao
, and
N. J. R. v. E.
Hommes
,
J. Am. Chem. Soc.
118
(
26
),
6317
6318
(
1996
).
89.
P. v. R.
Schleyer
,
H.
Jiao
,
N. J. R. v. E.
Hommes
,
V. G.
Malkin
, and
O. L.
Malkina
,
J. Am. Chem. Soc.
119
(
51
),
12669
12670
(
1997
).
90.
Z.
Chen
,
C. S.
Wannere
,
C.
Corminboeuf
,
R.
Puchta
, and
P. v. R.
Schleyer
,
Chem. Rev.
105
(
10
),
3842
3888
(
2005
).
91.
H.
Fallah-Bagher-Shaidaei
,
C. S.
Wannere
,
C.
Corminboeuf
,
R.
Puchta
, and
P. v. R.
Schleyer
,
Org. Lett.
8
(
5
),
863
866
(
2006
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.