材料的物理性质主要由价电子构型决定，不同的价层会导致不同的现象。在含有Sc²⁺的化合物中，预期3d电子占据，与其他过渡金属原子如Ti³⁺相同。但这种情况还有待实验验证。

近日，中科院物理研究所Tongtong Shang，Fanqi Meng，清华大学Lin Gu选择了一硫化钪，ScS作为模型来研究Sc²⁺的电子构型，这是实验上尚未解决的问题。

文章要点

1）用Sc的[Ar]3d¹4s²电子构型，关键点在于确定Sc²⁺唯一外壳电子的轨道。结合从上述QCBED方法测得的低阶结构因子和从DFT计算得到的高阶结构因子，电子密度分布被重建和可视化。在Sc原子位置观察到了接近球形的分布，而不是通常在TM配体八面体中观察到的3d轨道特征。进一步的d轨道布居分析显示Sc原子几乎没有t_2g电子占据。

2）所得结果与纯密度泛函理论计算的结果完全一致。因此，推断4s电子而不是3d电子的存在应该是合理的，这将与传统的想法相矛盾。据我们所知，这应该是第一次通过实验发现3d TM化合物中特殊的电子构型，其中4s轨道优于3d轨道。它也不同于由自由离子Sc²⁺原子的原子光谱数据得到的结果。

研究结果表明，与其他3d TMs相比，Sc具有独特性，这可能是进一步研究的前景。并且有可能用配位和/或配体来调节轨道，以进一步调节材料性质。

参考文献

Zhexin Tang, et al, An Anomalous Electron Configuration Among 3d Transition Metal Atoms, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216898

DOI: 10.1002/anie.202216898

https://doi.org/10.1002/anie.202216898