The structural and electronic properties of MnCn (n = 3-10) clusters have been investigated using size-selected photoelectron spectroscopy and density functional theory calculations. The vertical detachment energies of MnCn exhibit a strong odd-even alternation with increasing number of carbon atoms: the vertical detachment energies of MnCn containing even number of carbon atoms are higher than those of adjacent ones containing odd number of carbon atoms. The theoretical analyses indicate that the spin multiplicities and relative stabilities of MnCn−/0 also exhibit odd-even alternations. It is found that MnC3 has three degenerate isomers with two linear structures in different electronic states and one fanlike structure. For n = 4-6, 8, and 10, the ground state structures are all linear with the Mn atom at one end. MnC7 and MnC9 have cyclic structures. As for the neutral species, MnC3 and MnC4 adopt fan-shaped structures, MnC5 has a linear structure, and MnC6-10 have cyclic configurations. The atomic dipole moment corrected Hirshfeld population analysis shows that the electrons transfer from the Mn atom to the Cn units. The total spin magnetic moments of MnCn−/0 (n = 3-10) clusters are mainly contributed by the local magnetic moments on the Mn atom.

1.
B. C.
Guo
,
K. P.
Kerns
, and
A. W.
Castleman
, Jr.
,
Science
255
,
1411
(
1992
).
2.
B. C.
Guo
,
S.
Wei
,
J.
Purnell
,
S.
Buzza
, and
A. W.
Castleman
, Jr.
,
Science
256
,
515
(
1992
).
3.
J. S.
Pilgrim
and
M. A.
Duncan
,
J. Am. Chem. Soc.
115
,
6958
(
1993
).
4.
S.
Li
,
H. B.
Wu
, and
L. S.
Wang
,
J. Am. Chem. Soc.
119
,
7417
(
1997
).
5.
Y.
Chai
,
T.
Guo
,
C. M.
Jin
,
R. E.
Haufler
,
L. P. F.
Chibante
,
J.
Fure
,
L. H.
Wang
,
J. M.
Alford
, and
R. E.
Smalley
,
J. Phys. Chem.
95
,
7564
(
1991
).
6.
D. E.
Clemmer
,
K. B.
Shelimov
, and
M. F.
Jarrold
,
Nature
367
,
718
(
1994
).
7.
Y.
Zhong
,
X. H.
Xia
,
F.
Shi
,
J. Y.
Zhan
,
J. P.
Tu
, and
H. J.
Fan
,
Adv. Sci.
3
,
1500286
(
2016
).
8.
M.
Naguib
,
J.
Come
,
B.
Dyatkin
,
V.
Presser
,
P.-L.
Taberna
,
P.
Simon
,
M. W.
Barsoum
, and
Y.
Gogotsi
,
Electrochem. Commun.
16
,
61
(
2012
).
9.
M.
Naguib
,
M.
Kurtoglu
,
V.
Presser
,
J.
Lu
,
J. J.
Niu
,
M.
Heon
,
L.
Hultman
,
Y.
Gogotsi
, and
M. W.
Barsoum
,
Adv. Mater.
23
,
4248
(
2011
).
10.
F.
Yang
,
X.
Wang
,
D. Q.
Zhang
,
J.
Yang
,
D.
Luo
,
Z. W.
Xu
,
J. K.
Wei
,
J. Q.
Wang
,
Z.
Xu
,
F.
Peng
,
X. M.
Li
,
R. M.
Li
,
Y. L.
Li
,
M. H.
Li
,
X. D.
Bai
,
F.
Ding
, and
Y.
Li
,
Nature
510
,
522
(
2014
).
11.
W. H.
Chiang
and
R. M.
Sankaran
,
Nat. Mater
8
,
882
(
2009
).
12.
D. S.
Bethune
,
C. H.
Klang
,
M. S.
de Vries
,
G.
Gorman
,
R.
Savoy
,
J.
Vazquez
, and
R.
Beyers
,
Nature
363
,
605
(
1993
).
13.
P.
Nikolaev
,
M. J.
Bronikowski
,
R. K.
Bradley
,
F.
Rohmund
,
D. T.
Colbert
,
K. A.
Smith
, and
R. E.
Smalley
,
Chem. Phys. Lett.
313
,
91
(
1999
).
14.
J. W.
Fan
and
L. S.
Wang
,
J. Phys. Chem.
98
,
11814
(
1994
).
15.
J. W.
Fan
,
L.
Lou
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
102
,
2701
(
1995
).
16.
X.-B.
Wang
,
C.-F.
Ding
, and
L.-S.
Wang
,
J. Phys. Chem. A
101
,
7699
(
1997
).
17.
H. J.
Zhai
,
L. S.
Wang
,
P.
Jena
,
G. L.
Gutsev
, and
C. W.
Bauschlicher
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
120
,
8996
(
2004
).
18.
H.-J.
Zhai
,
S.-R.
Liu
,
X.
Li
, and
L.-S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
115
,
5170
(
2001
).
19.
K. L.
Knappenberger
, Jr.
,
P. A.
Clayborne
,
J. U.
Reveles
,
M. A.
Sobhy
,
C. E.
Jones
, Jr.
,
U. U.
Gupta
,
S. N.
Khanna
,
I.
Iordanov
,
J.
Sofo
, and
A. W.
Castleman
, Jr.
,
ACS Nano
1
,
319
(
2007
).
20.
J. Y.
Yuan
,
H. G.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
5434
(
2014
).
21.
X. L.
Xu
,
J. Y.
Yuan
,
B.
Yang
,
H. G.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
Chin. J. Chem. Phys.
30
,
717
(
2017
).
22.
J. Y.
Yuan
,
P.
Wang
,
G. L.
Hou
,
G.
Feng
,
W. J.
Zhang
,
X. L.
Xu
,
H. G.
Xu
,
J. L.
Yang
, and
W. J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. A
120
,
1520
(
2016
).
23.
Q.
Zhang
,
L. C.
Song
,
X.
Lu
,
R. B.
Huang
, and
L. S.
Zheng
,
J. Mol. Struct.
967
,
153
(
2010
).
24.
P.
Wang
,
W. J.
Zhang
,
X. L.
Xu
,
J. Y.
Yuan
,
H. G.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
J. Chem. Phys.
146
,
194303
(
2017
).
25.
I.
Leon
,
F.
Ruiperez
,
J. M.
Ugalde
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
149
,
144307
(
2018
).
26.
Z. Y.
Li
,
L. R.
Hu
,
Q. Y.
Liu
,
C. G.
Ning
,
H.
Chen
,
S. G.
He
, and
J.
Yao
,
Chem. Eur. J.
21
,
17748
(
2015
).
27.
H. F.
Li
,
Y. X.
Zhao
,
Z.
Yuan
,
Q. Y.
Liu
,
Z. Y.
Li
,
X. N.
Li
,
C. G.
Ning
, and
S. G.
He
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
605
(
2017
).
28.
H. F.
Li
,
Z. Y.
Li
,
Q. Y.
Liu
,
X. N.
Li
,
Y. X.
Zhao
, and
S. G.
He
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
2287
(
2015
).
29.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
J. Phys. Chem. A
109
,
8594
(
2005
).
30.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
J. Phys. Chem. A
110
,
4057
(
2006
).
31.
L.
Largo
,
Á.
Cimas
,
P.
Redondo
,
V. M.
Rayón
, and
C.
Barrientos
,
Int. J. Mass Spectrom.
266
,
50
(
2007
).
32.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
J. Chem. Theory Comput.
2
,
885
(
2006
).
33.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
Int. J. Mass Spectrom.
263
,
101
(
2007
).
34.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
769
,
225
(
2006
).
35.
P.
Redondo
,
L.
Largo
, and
C.
Barrientos
,
Chem. Phys.
364
,
1
(
2009
).
36.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
Int. J. Quantum Chem.
108
,
1684
(
2008
).
37.
C.
Barrientos
,
P.
Redondo
, and
A.
Largo
,
Int. J. Mass Spectrom.
273
,
87
(
2008
).
38.
P.
Redondo
,
C.
Barrientos
, and
A.
Largo
,
Int. J. Mass Spectrom.
272
,
187
(
2008
).
39.
C.
Barrientos
,
P.
Redondo
, and
A.
Largo
,
J. Chem. Theory Comput.
3
,
657
(
2007
).
40.
L.
Largo
,
A.
Cimas
,
P.
Redondo
,
V. M.
Rayón
, and
C.
Barrientos
,
Chem. Phys.
330
,
431
(
2006
).
41.
L.
Largo
,
C.
Barrientos
, and
P.
Redondo
,
J. Chem. Phys.
130
,
134304
(
2009
).
42.
C. G.
Li
,
J.
Zhang
,
W. Q.
Zhang
,
Y. N.
Tang
,
B. Z.
Ren
, and
Y. F.
Hu
,
Sci. Rep.
7
,
17516
(
2017
).
43.
D. L.
Strout
and
M. B.
Hall
,
J. Phys. Chem.
100
,
18007
(
1996
).
44.
45.
46.
47.
N. I.
Medvedeva
,
D. C.
Van Aken
, and
J. E.
Medvedeva
,
Comput. Mater. Sci.
96
,
159
(
2015
).
48.
J. J.
He
,
P. B.
Lyu
, and
P.
Nachtigall
,
J. Mater. Chem.
4
,
11143
(
2016
).
49.
Y. G.
Zhou
and
X. T.
Zu
,
Electrochim. Acta
235
,
167
(
2017
).
50.
A. C.
Borin
and
J. P.
Gobbo
,
Chem. Phys. Lett.
417
,
334
(
2006
).
51.
G. L.
Gutsev
,
L.
Andrews
, and
C. W.
Bauschlicher
, Jr.
,
Theor. Chem. Acc.
109
,
298
(
2003
).
52.
X.
Li
and
L.-S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
111
,
8389
(
1999
).
53.
L.-S.
Wang
and
X.
Li
,
J. Chem. Phys.
112
,
3602
(
2000
).
54.
H. G.
Xu
,
Z. G.
Zhang
,
Y.
Feng
,
J. Y.
Yuan
,
Y. C.
Zhao
, and
W. J.
Zheng
,
Chem. Phys. Lett.
487
,
204
(
2010
).
55.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
56.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
57.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
, gaussian 09, Revision E. 01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2013
.
58.
T.
Lu
and
F. W.
Chen
,
J. Theor. Comput. Chem.
11
,
163
(
2012
).
59.
T.
Lu
and
F. W.
Chen
,
J. Comput. Chem.
33
,
580
(
2012
).
60.
T.
Lu
and
F. W.
Chen
,
Acta Phys. Chim. Sin.
28
,
1
(
2012
).
61.
D. J.
Tozer
and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
10180
(
1998
).
62.
J.
Akola
,
M.
Manninen
,
H.
Häkkinen
,
U.
Landman
,
X.
Li
, and
L.-S.
Wang
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
60
,
R11297
(
1999
).
63.
M.
Head-Gordon
,
J. A.
Pople
, and
M. J.
Frisch
,
Chem. Phys. Lett.
153
,
503
(
1988
).
64.
M. J.
Frisch
,
M.
Head-Gordon
, and
J. A.
Pople
,
Chem. Phys. Lett.
166
,
275
(
1990
).
65.
L.
Pauling
,
The Nature of the Chemical Bond
, 3rd Ed. (
Cornell University Press
,
Ithaca, New York
,
1960
).
66.
G.
Pascoli
and
H.
Lavendy
,
J. Phys. Chem. A
103
,
3518
(
1999
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.