We measured the photoelectron spectra of AlnC4 (n=2-4) clusters by using size-selected anion photoelectron spectroscopy. The structures of AlnC4−/0 (n = 2–4) clusters were explored with quantum chemistry calculations and were determined by comparing the theoretical results with the experimental spectra. It is found that the most stable structure of Al2C4 anion is a C2v symmetry planar structure with two Al atoms interacting with two C2 units. In addition, Al2C4 anion also has a D∞h symmetry linear structure with two Al atoms located at the two ends of a C4 chain, which is slightly higher in energy than the planar structure. The most stable structure of neutral Al2C4 has a D∞h symmetry linear structure. The most stable structure of Al3C4 anion is a planar structure with three Al atoms interacting with two C2 units. Whereas neutral Al3C4 cluster has a C2v symmetric V-shaped bent structure. The global minima structures of both Al4C4 and neutral Al4C4 are C2h symmetry planar structures with four Al atoms interacting with the ends of two C2 units. Adaptive natural density partitioning analyses of AlnC4 (n=2−4) clusters show that the interactions between the Al atoms and C2 units have both σ and π characters.

[1]
Y.
Li
,
Y.
Liao
,
P.
Schleyer
, and
Z.
Chen
,
Nanoscale
6
,
10784
(
2014
).
[2]
H.
Yang
,
Y.
Zhang
, and
H.
Chen
,
J. Chem. Phys.
141
,
064302
(
2014
).
[3]
D.
Sundaram
,
V.
Yang
, and
R. A.
Yetter
,
Prog. Energy Combust. Sci.
61
,
293
(
2017
).
[4]
X.
Tang
,
J. B.
DeLisio
,
S.
Alnemrat
,
Z.
Hicks
,
L.
Stevens
,
C. A.
Stoltz
,
J. P.
Hooper
,
B. W.
Eichhorn
,
M. R.
Zachariah
,
K. H.
Bowen
, and
D. H.
Mayo
,
Inorg. Chem.
57
,
8181
(
2018
).
[5]
J.
Dai
,
X.
Wu
,
J.
Yang
, and
X. C.
Zeng
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
2058
(
2014
).
[6]
R.
Hoffmann
,
R. W.
Alder
, and
J. C. F.
Wilcox
,
J. Am. Chem. Soc.
92
,
4992
(
1970
).
[7]
P. v. R.
Schleyer
and
A. I.
Boldyrev
,
J. Chem. Soc. Chem. Commun.
21
,
1536
(
1991
).
[8]
X.
Li
,
H. F.
Zhang
,
L. S.
Wang
,
G. D.
Geske
, and
A. I.
Bodyrev
,
Angew. Chem. Int. Ed.
39
,
3630
(
2000
).
[9]
L. S.
Wang
,
A. I.
Boldyrev
,
X.
Li
, and
J.
Simons
,
J. Am. Chem. Soc.
122
,
7681
(
2000
).
[10]
L. M.
Yang
,
Y. H.
Ding
, and
C. C.
Sun
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
658
(
2007
).
[11]
G.
Merino
,
M. A. Mendez
Rojas
,
A.
Vela
, and
T.
Heine
,
J. Comput. Chem.
28
,
362
(
2007
).
[12]
J.
Xu
,
X.
Zhang
,
S.
Yu
,
Y. H.
Ding
, and
K. H.
Bowen
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
2263
(
2017
).
[13]
V. Vassilev
Galindo
,
S.
Pan
,
K. J.
Donald
, and
G.
Merino
,
Nat. Rev. Chem.
2
,
0114
(
2018
).
[14]
L. M.
Yang
,
E.
Ganz
,
Z.
Chen
,
Z. X.
Wang
, and
P.
Schleyer
,
Angew. Chem. Int. Ed.
54
,
9468
(
2015
).
[15]
Y. B.
Wu
,
J. L.
Jiang
,
H. G.
Lu
,
Z. X.
Wang
,
N. Perez
Peralta
,
R.
Islas
,
M.
Contreras
,
G.
Merino
,
J. I.
Wu
, and
P.
Schleyer
,
Chem. Eur. J.
17
,
714
(
2011
).
[16]
C. J.
Zhang
,
H. G.
Xu
,
X. L.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
J. Phys. Chem. A
125
,
302
(
2021
).
[17]
S. N.
Khanna
and
P.
Jena
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1664
(
1992
).
[18]
X. G.
Gong
and
V. V.
Kumar
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
2078
(
1993
).
[19]
A. P.
Seitsonen
,
K.
Laasonen
,
R. M.
Nieminen
, and
M. L.
Klein
,
J. Chem. Phys.
103
,
8075
(
1995
).
[20]
B. J.
Irving
and
F. Y.
Naumkin
,
J. Chem. Phys.
141
,
131102
(
2014
).
[21]
F. Y.
Naumkin
,
J. Phys. Chem. A
125
,
5738
(
2021
).
[22]
A.
Largo
,
P.
Redondo
, and
C.
Barrientos
,
J. Phys. Chem. A
106
,
4217
(
2002
).
[23]
F. Y.
Naumkin
,
J. Phys. Chem. A
112
,
4660
(
2008
).
[24]
B. J.
Irving
and
F. Y.
Naumkin
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
7697
(
2014
).
[25]
N.
Du
,
H.
Yang
, and
H.
Chen
,
J. Phys. Chem. A
121
,
4009
(
2017
).
[26]
B. I.
Loukhovitski
,
A. S.
Sharipov
, and
A. M.
Starik
,
J. Phys. Chem. A
119
,
1369
(
2015
).
[27]
Y.
Pei
,
W.
An
,
K.
Ito
,
P. v. R.
Schleyer
, and
X. C.
Zeng
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
10394
(
2008
).
[28]
Y. B.
Wu
,
H. G.
Lu
,
S. D.
Li
, and
Z. X.
Wang
,
J. Phys. Chem. A
113
,
3395
(
2009
).
[29]
Y. B.
Wu
,
J. L.
Jiang
,
H.
Li
,
Z.
Chen
, and
Z. X.
Wang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
58
(
2010
).
[30]
Y. B.
Wu
,
Z. X.
Li
,
X. H.
Pu
, and
Z. X.
Wang
,
J. Phys. Chem. C
115
,
13187
(
2011
).
[31]
A. I.
Boldyrev
,
J.
Simons
,
X.
Li
,
W.
Chen
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
110
,
8980
(
1999
).
[32]
X.
Li
,
L.
Wang
,
A. I.
Boldyrev
, and
J.
Simons
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
6033
(
1999
).
[33]
A. I.
Boldyrev
,
J.
Simons
,
X.
Li
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
111
,
4993
(
1999
).
[34]
A. I.
Boldyrev
,
J.
Simons
,
X.
Li
, and
L. S.
Wang
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
10193
(
1999
).
[35]
X.
Li
,
L. S.
Wang
,
N. A.
Cannon
, and
A. I.
Boldyrev
,
J. Chem. Phys.
113
,
2671
(
2000
).
[36]
X.
Li
,
L. S.
Wang
,
N. A.
Cannon
, and
A. I.
Boldyrev
,
J. Chem. Phys.
116
,
1330
(
2002
).
[37]
B. K.
Rao
and
P.
Jena
,
J. Chem. Phys.
115
,
778
(
2001
).
[38]
X.
Li
and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. B
65
,
153404
(
2002
).
[39]
S. F.
Li
and
X. G.
Gong
,
Phys. Rev. B
70
,
075404
(
2004
).
[40]
B. J.
Irving
and
F. Y.
Naumkin
,
ChemPhysChem
16
,
233
(
2015
).
[41]
K.
Tsuruoka
,
K.
Koyasu
,
S.
Hirabayashi
,
M.
Ichihashi
, and
T.
Tsukuda
,
J. Phys. Chem. C
122
,
8341
(
2018
).
[42]
C. J.
Zhang
,
P.
Wang
,
X. L.
Xu
,
H. G.
Xu
, and
W. J.
Zheng
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
1967
(
2021
).
[43]
B. D.
Leskiw
and
A. W.
Castleman
 Jr.
,
Chem. Phys. Lett.
316
,
31
(
2000
).
[44]
J.
Zhao
,
B.
Liu
,
H.
Zhai
,
R.
Zhou
,
G.
Ni
, and
Z.
Xu
,
Solid State Commun.
122
,
543
(
2002
).
[45]
J. U.
Reveles
,
S. N.
Khanna
,
P. J.
Roach
, and
A. W.
Castleman
 Jr.
,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
103
,
18405
(
2006
).
[46]
F.
Dong
,
S.
Heinbuch
,
Y.
Xie
,
J. J.
Rocca
, and
E. R.
Bernstein
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
2569
(
2010
).
[47]
H. G.
Xu
,
Z. G.
Zhang
,
Y.
Feng
,
J. Y.
Yuan
,
Y. C.
Zhao
, and
W. J.
Zheng
,
Chem. Phys. Lett.
487
,
204
(
2010
).
[48]
J.
Lv
,
Y.
Wang
,
L.
Zhu
, and
Y.
Ma
,
J. Chem. Phys.
137
,
084104
(
2012
).
[49]
B.
Gao
,
P.
Gao
,
S.
Lu
,
J.
Lv
,
Y.
Wang
, and
Y.
Ma
,
Sci. Bull.
64
,
301
(
2019
).
[50]
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
,
Wallingford, CT
:
Gaussian Inc
., (
2013
).
[51]
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
[52]
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
[53]
A. D.
McLean
and
G. S.
Chandler
,
J. Chem. Phys.
72
,
5639
(
1980
).
[54]
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
(
1982
).
[55]
G. D.
Purvis
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
76
,
1910
(
1982
).
[56]
G. E.
Scuseria
and
H. F.
Schaefer
,
J. Chem. Phys.
90
,
3700
(
1989
).
[57]
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
).
[58]
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
,
6796
(
1992
).
[59]
A. K.
Wilson
,
D. E.
Woon
,
K. A.
Peterson
, and
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
110
,
7667
(
1999
).
[60]
E. D.
Glendening
,
C. R.
Landis
, and
F.
Weinhold
,
WIREs Comput. Mol. Sci.
2
,
1
(
2011
).
[61]
D. Y.
Zubarev
and
A. I.
Boldyrev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
5207
(
2008
).
[62]
T.
Lu
and
F.
Chen
,
J. Comput. Chem.
33
,
580
(
2012
).
[64]
D. J.
Tozer
and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
10180
(
1998
).
[65]
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
, and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
735
(
1985
).
[66]
This content is only available via PDF.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.