5d过渡族金属化合物，凭借其独特的电子结构和反应活性，在表面化学、催化、磁性材料开发等多个领域引起了科学家广泛的研究兴趣。作为5d过渡族金属化合物中基础的体系之一，含钽元素（Ta, Z=73 [Xe] 4f145d36s24F）的分子体系在揭示5d强关联体系的键合特性与结构特征方面扮演着重要角色，为理解更为复杂的系统提供了宝贵的模型与参考。然而，相比于主族分子，由于5d过渡金属的未满d轨道和强烈的相对论效应，使得含钽分子的光谱异常复杂，在理论和实验上很难指认谱峰归属和确定其电子结构。
近期，我院教师陈孝林与清华大学物理系宁传刚教授合作，在含钽双原子分子TaX-（X=C, N, O）和含钽碳化物团簇TaCₙ-（n=2-4）的高分辨率光电子能谱实验与理论计算方面取得了进展。相关研究成果以两篇论文的形式发表于美国物理联合会（AIP）旗下的《The Journal of Chemical Physics》（中科院二区期刊，五年影响因子3.6），论文标题分别为“A High-Resolution Photoelectron Spectroscopic and Computational Study of TaX⁻ (X=C, N, O)”1,“Probing electronic and vibrational structures of TaCn-/0(n = 2–4) using high-resolution photoelectron spectroscopy and theoretical calculations”2。
第一篇文章报道了采用低温离子阱结合慢电子速度成像技术，对含钽双原子分子TaX-（X=C, N, O）的高分辨率光电子谱进行了深入研究。实验测定了TaC、TaN和TaO的电子亲和势（EAs）分别为2.098(2) eV、1.576(2) eV和1.069(2) eV。结合CCSD(T)/CBS高水平计算、多参考组态相互作用（MRCI）方法及自旋轨道耦合理论，成功指认了这些5d过渡金属双原子分子的复杂电子态。此工作不仅深化了对5d过渡金属化合物的理解，还进一步激发了对该类化合物独特电子结构进行理论与实验研究的兴趣。
第二篇论文则聚焦于含钽的碳化物团簇TaCn-（n=2-4）的光电子能谱实验和高精度理论计算。实验测得TaCn（n=2-4）的EAs值分别为1.818(2) eV，2.202(2) eV和2.431(2) eV。此研究还首次观测到TaC2基态的自旋轨道耦合劈裂，并借助于MRCI、Franck-Condon模拟、CCSD(T)和DFT计算完成了结构搜索和光电子能谱的指认。最终测得得到TaC2基态
4B1劈裂E1/2(±3/2)-E1/2(±1/2)为256(25) cm-1, MRCI+SOC理论计算值216 cm-1与实验结果高度一致。研究表明TaCn分子的基态结构都是C2v点群对称性。我们预测随着碳原子的增多，TaCn分子将形成以Ta为中心的环状结构，这与后过渡族碳化物团簇通常形成线状分子结构显著不同。
上述两篇文章均以浙江农林大学光机电工程学院第一完成单位，陈孝林为论文的第一作者及通讯作者，清华大学宁传刚教授为共同通讯作者。本研究的所有理论计算工作在浙江农林大学完成，实验数据采集在清华大学完成。本研究得到了国家自然科学基金和浙江农林大学科研发展基金的资助和支持。
1https://doi.org/10.1063/5.0239233
2https://doi.org/10.1063/5.0253195
（文：陈孝林，审核：姚立健）
