Size-selected anion photoelectron spectroscopy and theoretical calculations were used to investigate the structural evolution and bonding properties of BSin−/0 (n = 4–12) clusters. The results showed that the B atom in BSi4–12−/0 prefers to occupy the high coordination sites to form more B–Si bonds. The lowest-lying isomers of BSi4–7−/0 primarily adopt bowl-shaped based geometries, while those of BSi8–12−/0 are mainly dominated by prismatic based geometries. For anionic clusters, BSi11 is the critical size of the endohedral structure, whereas BSin neutrals form the B-endohedral structure at n = 9. Interestingly, both anionic and neutral BSi11 have a D3h symmetric tricapped tetragonal antiprism structure with the B atom at the center and exhibit 3D aromaticity. The BSi11 anion possesses σ plus π doubly delocalized bonding characters. The natural population analysis charge distributions on the B atom are related with the structural evolution of BSin and the B–Si interactions.

1.
Y.
Cui
,
X.-F.
Duan
,
J.-T.
Hu
, and
C. M.
Lieber
,
J. Phys. Chem. B
104
,
5213
5216
(
2000
).
2.
G.
Cantele
,
E.
Degoli
,
E.
Luppi
,
R.
Magri
,
D.
Ninno
,
G.
Iadonisi
, and
S.
Ossicini
,
Phys. Rev. B
72
,
113303
(
2005
).
3.
S.
Ossicini
,
E. D.
Iori
,
E.
Luppi
,
R. M.
Cantele
,
F.
Trani
, and
D.
Ninno
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
173120
(
2005
).
4.
F.
Iori
,
E.
Degoli
,
M.
Palummo
, and
S.
Ossicini
,
Superlattices Microstruct.
44
,
337
347
(
2008
).
5.
B.
Armas
,
C.
Combescure
,
J. M.
Dusseau
,
T. P.
Lepetre
,
J. L.
Robert
, and
B.
Pistoulet
,
J. Less-Common Met.
47
,
135
140
(
1976
).
6.
X. H.
Li
,
J. R. A.
Carlsson
,
M.
Johansson
,
B.
Ekström
,
S. F.
Gong
, and
H. T. G.
Hentzell
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
1316
1318
(
1992
).
7.
A.
Poyai
,
E.
Simoen
, and
C.
Claeys
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
949
951
(
2001
).
8.
D.
De Salvador
,
G.
Bisognin
,
M.
Di Marino
,
E.
Napolitani
,
A.
Carnera
,
S.
Mirabella
,
E.
Pecora
,
E.
Bruno
,
F.
Priolo
,
H.
Graoui
,
M. A.
Foad
, and
F.
Boscherini
,
J. Vac. Sci. Technol. B
26
,
382
385
(
2008
).
9.
X. J.
Hao
,
E. C.
Cho
,
C.
Flynn
,
Y. S.
Shen
,
S. C.
Park
,
G.
Conibeer
, and
M. A.
Green
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
93
,
273
279
(
2009
).
10.
M.-Y.
Zhou
,
C.-S.
Liu
, and
X.
Yan
,
J. Appl. Phys.
117
,
114307
(
2015
).
11.
X. X.
Xia
,
A.
Hermann
,
X. Y.
Kuang
,
Y. Y.
Jin
,
C.
Lu
, and
X. D.
Xing
,
J. Phys. Chem. C
120
,
677
684
(
2016
).
12.
P.
Li
,
X.
Du
,
J. J.
Wang
,
C.
Lu
, and
H.
Chen
,
J. Phys. Chem. C
122
,
20000
20005
(
2018
).
13.
W.
Sun
,
X.
Xia
,
C.
Lu
,
X.
Kuang
, and
A.
Hermann
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
23740
23746
(
2018
).
14.
B. L.
Chen
,
W. G.
Sun
,
X. Y.
Kuang
,
C.
Lu
,
X. X.
Xia
,
H. X.
Shi
, and
G.
Maroulis
,
Inorg. Chem.
57
,
343
350
(
2018
).
15.
J.
Dai
,
Y.
Zhao
,
X.
Wu
,
J.
Yang
, and
X. C.
Zeng
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
561
567
(
2013
).
16.
E.
Bourgeois
and
X.
Blase
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
142511
(
2007
).
17.
C. F.
Cline
and
D. E.
Sands
,
Nature
185
,
456
(
1960
).
18.
C. F.
Cline
,
Nature
181
,
476
477
(
1958
).
19.
D. N.
Bernardo
and
G. H.
Morrison
,
Surf. Sci.
223
,
L913
L919
(
1989
).
20.
A. I.
Boldyrev
and
J.
Simons
,
J. Phys. Chem.
97
,
1526
1532
(
1993
).
21.
L. B.
Knight
, Jr.
,
A. J.
McKinley
, and
R. M.
Babb
,
J. Chem. Phys.
98
,
6749
(
1993
).
22.
R.
Davy
,
E.
Skoumbourdis
, and
D.
Dinsmore
,
Mol. Phys.
103
,
611
619
(
2005
).
23.
R.
Viswanathan
,
J. R. W.
Schmude
, and
K. A.
Gingerich
,
J. Phys. Chem.
100
,
10784
10796
(
1996
).
24.
Z.
Sun
,
Z.
Yang
,
Z.
Gao
, and
Z.
Tang
,
Rapid Commun. Mass Spectrom.
21
,
792
798
(
2007
).
25.
T. B.
Tai
,
P.
Kadłubański
,
S.
Roszak
,
D.
Majumdar
,
J.
Leszczynski
, and
M. T.
Nguyen
,
ChemPhysChem
12
,
2948
(
2011
).
26.
L. T.
Ueno
,
V. O.
Kiohara
,
L. F. A.
Ferrão
,
M.
Pelegrini
,
O.
Roberto-Neto
, and
F. B. C.
Machado
,
J. Mol. Model.
21
,
141
(
2015
).
27.
V. T.
Ngan
and
M. T.
Nguyen
,
J. Phys. Chem. A
114
,
7609
7615
(
2010
).
28.
N. M.
Tam
,
T. B.
Tai
, and
M. T.
Nguyen
,
J. Phys. Chem. C
116
,
20086
20098
(
2012
).
29.
X.
Tan
,
F.
Li
, and
Z.
Chen
,
J. Phys. Chem. C
118
,
25825
25835
(
2014
).
30.
N. X.
Truong
,
M.
Savoca
,
D. J.
Harding
,
A.
Fielicke
, and
O.
Dopfer
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
22364
22372
(
2014
).
31.
G.-J.
Cao
,
S.-J.
Lu
,
H.-G.
Xu
,
X.-L.
Xu
, and
W.-J.
Zheng
,
RSC Adv.
6
,
62165
62171
(
2016
).
32.
N. X.
Truong
,
B. K. A.
Jaeger
,
S.
Gewinner
,
W.
Schöllkopf
,
A.
Fielicke
, and
O.
Dopfer
,
J. Phys. Chem. C
121
(
17
),
9560
9571
(
2017
).
33.
S.-J.
Lu
,
X.-l.
Xu
,
G.-J.
Cao
,
H.-G.
Xu
, and
W.-J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. C
122
,
2391
2401
(
2018
).
34.
X.
Wu
,
S. J.
Lu
,
X.
Liang
,
X.
Huang
,
Y.
Qin
,
M.
Chen
,
J.
Zhao
,
H. G.
Xu
,
R. B.
King
, and
W.
Zheng
,
J. Chem. Phys.
146
,
044306
(
2017
).
35.
E. N.
Koukaras
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
18556
18570
(
2018
).
36.
H. G.
Xu
,
Z. G.
Zhang
,
Y.
Feng
, and
W. J.
Zheng
,
Chem. Phys. Lett.
498
,
22
26
(
2010
).
37.
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
.
38.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
5652
(
1993
).
39.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
789
(
1988
).
40.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
(
6
),
3098
3100
(
1988
).
41.
P. J.
Stephens
,
F. J.
Devlin
,
C. F.
Chabalowski
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
98
(
45
),
11623
11627
(
1994
).
42.
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
).
43.
J. D.
Dill
and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
62
,
2921
2923
(
1975
).
44.
J.
Lv
,
Y. C.
Wang
,
L.
Zhu
, and
Y. M.
Ma
,
J. Chem. Phys.
137
,
084104
(
2012
).
45.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
3868
(
1996
).
46.
A. V.
Krukau
,
O. A.
Vydrov
,
A. F.
Izmaylov
, and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
125
,
224106
(
2006
).
47.
G. D.
Purvis
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
76
,
1910
1918
(
1982
).
48.
G. E.
Scuseria
and
H. F.
Schaefer
,
J. Chem. Phys.
90
,
3700
3703
(
1989
).
49.
R.
Naaman
and
Z.
Vager
,
In the Structure of Small Molecules and Ions
(
Plenum Press
,
New York
,
1988
), pp.
1115
1118
.
50.
J. P.
Foster
and
F.
Weinhold
,
J. Am. Chem. Soc.
102
,
7211
7218
(
1980
).
51.
A. E.
Reed
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
78
,
4066
4703
(
1983
).
52.
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
735
746
(
1985
).
53.
A. E.
Reed
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
1736
1740
(
1985
).
54.
J. E.
Carpenter
, Ph.D. thesis,
University of Wisconsin
,
1987
.
55.
J. E.
Carpenter
and
F.
Weinhold
,
J. Mol. Struct. : THEOCHEM
169
,
41
62
(
1988
).
56.
A. E.
Reed
,
L. A.
Curtiss
and
F.
Weinhold
,
Chem. Rev.
88
,
899
926
(
1988
).
57.
D. J.
Tozer
and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
10180
10189
(
1998
).
58.
J.
Akola
,
M.
Manninen
,
H.
Häkkinen
,
U.
Landman
,
X.
Li
, and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. B
60
,
R11297
R11300
(
1999
).
59.
J. L.
Martins
,
R.
Car
, and
J.
Buttet
,
Surf. Sci. Lett.
106
,
A174
(
1981
).
60.
W. D.
Knight
,
K.
Clemenger
,
W. A.
de Heer
,
W. A.
Saunders
,
M. Y.
Chou
, and
M. L.
Cohen
,
Phys. Rev. Lett.
52
,
2141
2143
(
1984
).
61.
U.
Berzinsh
,
M.
Gustafsson
,
D.
Hanstorp
,
A.
Klinkmüller
,
U.
Ljungblad
, and
A. M.
Mårtensson-Pendrill
,
Phys. Rev. A
51
(
1
),
231
238
(
1995
).
62.
X.
Li
and
L.-S.
Wang
,
Phys. Rev. B
65
(
15
),
153404
(
2002
).
63.
W. J.
Zheng
,
O. C.
Thomas
,
T. P.
Lippa
,
S. J.
Xu
, and
K. H.
Bowen
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
124
(
14
),
144304
(
2006
).
64.
S. J.
Lu
,
L. R.
Hu
,
X. L.
Xu
,
H. G.
Xu
,
H.
Chen
, and
W. J.
Zheng
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
20321
20329
(
2016
).
65.
D. E.
Bergeron
,
A. W. C.
Jr
,
T.
Morisato
, and
S. N.
Khanna
,
Science
304
,
84
87
(
2004
).
66.
L.
Pauling
,
J. Am. Chem. Soc.
54
,
3570
3582
(
1932
).
67.
V. T.
Ngan
,
P.
Gruene
,
P.
Claes
,
E.
Janssens
,
A.
Fielicke
,
M. T.
Nguyen
, and
P.
Lievens
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
15589
15602
(
2010
).
68.
X. J.
Li
,
Z. J.
Yan
, and
S. N.
Li
,
J. Comput. Chem.
37
,
2316
2323
(
2016
).
69.
S.-J.
Lu
,
G.-J.
Cao
,
X.-L.
Xu
,
H.-G.
Xu
, and
W.-J.
Zheng
,
Nanoscale
8
,
19769
19778
(
2016
).
70.
T.
Lu
and
F. W.
Chen
,
J. Comput. Chem.
33
,
580
592
(
2012
).
71.
W.
Humphrey
,
A.
Dalke
, and
K.
Schulten
,
J. Mol. Graphics
14
,
33
38
(
1996
).
72.
D. Y.
Zubarev
and
A. I.
Boldyrev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
5207
5217
(
2008
).
73.
P. v. R.
Schleyer
,
C.
Maerker
,
A.
Dransfeld
,
H.
Jiao
, and
N. J. v. E.
Hommes
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
6317
6318
(
1996
).
74.
Z.
Chen
,
C. S.
Wannere
,
C. m.
Corminboeuf
,
R.
Puchta
, and
P. v. R.
Schleyer
,
Chem. Rev.
105
(
10
),
3842
3888
(
2005
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.