金屬硫化物富勒烯及C58-C62的理論研究.pdf

1、金屬原子或者金屬團(tuán)簇嵌入碳籠得到的富勒烯稱之為內(nèi)嵌金屬富勒烯（EMFs）。金屬原子和金屬團(tuán)簇的種類非常多，并且碳籠數(shù)目隨著碳原子數(shù)的增加而迅速增長(zhǎng)，從而使內(nèi)嵌金屬富勒烯的數(shù)量十分龐大。內(nèi)嵌金屬富勒烯因具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而受到人們廣泛關(guān)注。雖然目前已經(jīng)可以分離并提純?cè)S多內(nèi)嵌金屬富勒烯及其同分異構(gòu)體，這使得研究它們的結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)成為可能，但由于受產(chǎn)量較低和實(shí)驗(yàn)技術(shù)不成熟等因素的影響，鑒定結(jié)構(gòu)仍然是內(nèi)嵌金屬富勒烯研究中的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。為

2、了高產(chǎn)率的合成方法，必須了解這些異構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和形成機(jī)理。除了經(jīng)典富勒烯以外，最近發(fā)現(xiàn)了含七元環(huán)的非經(jīng)典富勒烯也可以作為三金屬氮化物富勒烯的母籠，所以研究非經(jīng)典富勒烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)十分必要。本文采用密度泛函理論對(duì)金屬硫化物富勒烯Sc2S@C2n（n=35-42）進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，證明了優(yōu)勢(shì)異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)之間具有依賴性，為富勒烯的形成機(jī)理提供理論依據(jù)，除此以外，還對(duì)C58-C62的經(jīng)典結(jié)構(gòu)和非經(jīng)典結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論研究。主要包括以下兩個(gè)部分：

3、r>　　1）金屬硫化物富勒烯Sc2S@C2n（n=35-42）
　　使用了密度泛函理論系統(tǒng)計(jì)算了Sc2S@C2n（n=35-42）的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明金屬硫化物富勒烯Sc2S@C2n（n=35-42）的碳籠具有相似的幾何結(jié)構(gòu)，這些金屬富勒烯間可通過Endo-Kroto插入/擠出C2單元和Stone-Wales異構(gòu)化轉(zhuǎn)化為相關(guān)的結(jié)構(gòu)，從而形成緊密連接的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。除了C74、C78和C84以外，因?yàn)镾c2O和Sc2S

4、都傾向于向富勒烯碳籠轉(zhuǎn)移四個(gè)電子，很多較低能量Sc2O@C2n異構(gòu)體和Sc2S@C2n異構(gòu)體具有相同的母籠，這些表明電子轉(zhuǎn)移發(fā)揮了重要作用。DFT計(jì)算最優(yōu)異構(gòu)體的穩(wěn)定性與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果是一致的，預(yù)測(cè)穩(wěn)定性不僅對(duì)內(nèi)嵌金屬富勒烯的形成有重要意義，而且有助于從大量可能存在的異構(gòu)體混合物中辨別出相應(yīng)結(jié)構(gòu)。
　　2）C58-C62的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)相似性和環(huán)電流效應(yīng)
　　非經(jīng)典富勒烯在富勒烯、富勒烯外部衍生物和內(nèi)部衍生物的形成過程中有著重要