Alkali halide clusters are interesting model systems that can provide information about how crystal properties evolve. To study these properties, a high‐resolution atmospheric pressure inlet time‐of‐flight mass spectrometry (APi‐TOF‐MS) study of the sequential sodium halides series, Cl(NaCl)n and Br(NaBr)m, has been reported, and the viability of the APi‐TOF‐MS equipped with an electrospray ionization source in determining cluster compositions has been demonstrated. The isotopic patterns were well resolved, as n=4 and 7 were determined to be the magic numbers for Cl(NaCl)n clusters, which were particularly abundant in the mass spectra. A global minimum search based on density functional theory enabled basin hopping yield the most stable structures for the mentioned series. The structures exhibit several distinct motifs which can be roughly categorized as linear chain, rock salt, and hexagonal ring. This work provides an effective way to discover and elucidate the nonstoichiometry sodium halide clusters. These clusters possess very high vertical detachment energies and are generally called as superhalogens, which play important roles in chemistry because they are widely used in the synthesis of new classes of charge‐transfer salts.

1.
Y. J.
Twu
,
W. S.
Conover
,
Y. A.
Yang
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. B
42
,
5306
(
1990
).
2.
A.
Wakisaka
,
Faraday Discuss.
136
,
299
(
2007
).
3.
H. C.
Allen
,
J. M.
Laux
,
R.
Vogt
,
B. J.
Finlayson‐Pitts
, and
J. C.
Hemminger
,
J. Phys. Chem.
100
,
6371
(
1996
).
4.
B. J.
Finlayson‐Pitts
,
Chem. Rev.
103
,
4801
(
2003
).
5.
J. G.
Hartley
and
M.
Fink
,
J. Chem. Phys.
89
,
6058
(
1988
).
6.
H.
Kudo
,
Nature
355
,
432
(
1992
).
7.
F. M.
Veljkovic
,
J. B.
Djustebek
,
M. V.
Veljkovic
,
A. A.
Peric‐Grujic
, and
S. R.
Velickovic
,
J. Mass Spectrom.
47
,
1495
(
2012
).
8.
A. N.
Alexandrova
,
A. I.
Boldyrev
,
Y. J.
Fu
,
X.
Yang
,
X. B.
Wang
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
121
,
5709
(
2004
).
9.
T. M.
Barlak
,
J. R.
Wyatt
,
R. J.
Colton
,
J. J.
Decorpo
, and
J. E.
Campana
,
J. Am. Chem. Soc.
104
,
1212
(
1982
).
10.
W.
Ens
,
R.
Beavis
, and
K. G.
Standing
,
Phys. Rev. Lett.
50
,
27
(
1983
).
11.
T. P.
Martin
,
Phys. Rep. Rev. Sec. Phys. Lett.
95
,
167
(
1983
).
12.
R.
Pflaum
,
K.
Sattler
, and
E.
Recknagel
,
Phys. Rev. B
33
,
1522
(
1986
).
13.
Y. A.
Yang
,
C. W. S.
Conover
, and
L. A.
Bloomfield
,
Chem. Phys. Lett.
158
,
279
(
1989
).
14.
T. M.
Miller
and
W. C.
Lineberger
,
Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes
102
,
239
(
1990
).
15.
G.
Vonhelden
,
M. T.
Hsu
,
P. R.
Kemper
, and
M. T.
Bowers
,
J. Chem. Phys.
95
,
3835
(
1991
).
16.
N. C.
Yu
,
P.
Xia
,
L. A.
Bloomfield
, and
M.
Fowler
,
J. Chem. Phys.
102
,
4965
(
1995
).
17.
P.
Dugourd
,
R. R.
Hudgins
, and
M. F.
Jarrold
,
Chem. Phys. Lett.
267
,
186
(
1997
).
18.
G.
Durand
,
F.
Spiegelmann
,
P.
Labastie
,
J. M.
Lhermite
, and
P.
Poncharal
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
633
(
1997
).
19.
D. J.
Fatemi
,
F. K.
Fatemi
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. B
55
,
10094
(
1997
).
20.
M.
MaierBorst
,
P.
Loffler
,
J.
Petry
, and
D.
Kreisle
,
Z. Phys. D
40
,
476
(
1997
).
21.
X. B.
Wang
,
C. F.
Ding
,
L. S.
Wang
,
A. I.
Boldyrev
, and
J.
Simons
,
J. Chem. Phys.
110
,
4763
(
1999
).
22.
K.
Yokoyama
,
N.
Haketa
,
M.
Hashimoto
,
K.
Furukawa
,
H.
Tanaka
, and
H.
Kudo
,
Chem. Phys. Lett.
320
,
645
(
2000
).
23.
H.
Hijazi
,
H.
Rothard
,
P.
Boduch
,
I.
Alzaher
,
F.
Ropars
,
A.
Cassimi
,
J. M.
Ramillon
,
T.
Been
,
B. B.
d'Etat
,
H.
Lebius
,
L. S.
Farenzena
, and
E. F.
da Silveira
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B
269
,
1003
(
2011
).
24.
Y. A.
Yang
,
L. A.
Bloomfield
,
C.
Jin
,
L. S.
Wang
, and
R. E.
Smalley
,
J. Chem. Phys.
96
,
2453
(
1992
).
25.
J.
Diefenbach
and
T. P.
Martin
,
J. Chem. Phys.
83
,
4585
(
1985
).
26.
V.
Luana
and
L.
Pueyo
,
Phys. Rev. B
41
,
3800
(
1990
).
27.
X. L.
Li
and
R. L.
Whetten
,
J. Chem. Phys.
98
,
6170
(
1993
).
28.
A.
Aguado
,
A.
Ayuela
,
J. M.
Lopez
, and
J. A.
Alonso
,
Phys. Rev. B
58
,
9972
(
1998
).
29.
D. J.
Fatemi
,
F. K.
Fatemi
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. A
54
,
3674
(
1996
).
30.
P.
Xia
and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
2577
(
1994
).
31.
F. K.
Fatemi
,
A. J.
Dally
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
51
(
2000
).
32.
F. K.
Fatemi
,
A. J.
Dally
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
073401
(
2003
).
33.
P.
Xia
and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
1779
(
1993
).
34.
F. K.
Fatemi
,
D. J.
Fatemi
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
4895
(
1996
).
35.
Y. A.
Yang
,
P.
Xia
,
A. L.
Junkin
, and
L. A.
Bloomfield
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
1205
(
1991
).
36.
H.
Junninen
,
M.
Ehn
,
T.
Petaja
,
L.
Luosujarvi
,
T.
Kotiaho
,
R.
Kostiainen
,
U.
Rohner
,
M.
Gonin
,
K.
Fuhrer
,
M.
Kulmala
, and
D. R.
Worsnop
,
Atmo. Meas. Tech.
3
,
1039
(
2010
).
37.
W.
Huang
,
M.
Ji
,
C. D.
Dong
,
X.
Gu
,
L. M.
Wang
,
X. G.
Gong
, and
L. S.
Wang
,
ACS Nano
2
,
897
(
2008
).
38.
W.
Huang
,
S.
Bulusu
,
R.
Pal
,
X. C.
Zeng
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phy.
131
,
234305
(
2009
).
39.
L. M.
Wang
,
S.
Bulusu
,
W.
Huang
,
R.
Pal
,
L. S.
Wang
, and
X. C.
Zeng
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
15136
(
2007
).
40.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
41.
B.
Delley
,
J. Chem. Phys.
92
,
508
(
1990
).
42.
K.
Raghavachari
and
G. W.
Trucks
,
J. Chem. Phys.
91
,
1062
(
1989
).
43.
G. W. T. M. J. Frisch, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, J. R. C. M. A. Robb, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, H. N. G. A. Petersson, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, and J. B. A. F. Izmaylov, 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. Jr. Montgomery, J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, 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 A.02, Wallingford CT: Gaussian, Inc., (2009).
44.
C. Y.
Hao
,
R. E.
March
,
T. R.
Croley
,
J. C.
Smith
,and
S. P.
Rafferty
,
J. Mass Spectrom.
36
,
79
(
2001
).
45.
A. T.
Blades
,
M.
Peschke
,
U. H.
Verkerk
, and
P.
Kebarle
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
11995
(
2004
).
46.
N. G.
Phillips
,
C. W. S.
Conover
, and
L. A.
Bloomfield
,
J. Chem. Phys.
94
,
4980
(
1991
).
47.
M. K.
Scheller
and
L. S.
Cederbaum
,
J. Chem. Phys.
99
,
441
(
1993
).
48.
G. L.
Gutsev
,
R. J.
Bartlett
,
A. I.
Boldyrev
, and
J.
Simons
,
J. Chem. Phys.
107
,
3867
(
1997
).
49.
J. P. K.
Doye
and
D. J.
Wales
,
Phys. Rev. B
59
,
2292
(
1999
).
50.
H.
Hotop
and
W. C.
Lineberger
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
14
,
731
(
1985
).
51.
G. L.
Gutsev
and
A. I.
Boldyrev
,
Adv. Chem. Phys.
61
,
169
(
1985
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.