多元摻雜碳團簇的理論研究.pdf

1、本文對多元摻雜的中性或正、負離子碳團簇HCn+(n=1-10)、CsCn-(n=1-10)、CnF3-(n=1-9)、HCnN(n=1-17)和HCnSi2+(n=1-9)進行了理論研究。通過首先應用分子圖形學設(shè)計模型,然后使用分子力學初始優(yōu)化和量子化學精細優(yōu)化相結(jié)合的理論計算方法,在密度泛函B3LYP／6-311G**水平上對各種可能的團簇模型進行了幾何構(gòu)型的優(yōu)化,并通過計算振動頻率找出其中穩(wěn)定的同分異構(gòu)體構(gòu)型。同時在B3LYP／6-

2、311+G**水平上對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進行了單點能量計算,以確定其基態(tài)構(gòu)型?；趯鶓B(tài)構(gòu)型的NBO電荷分布和拓撲結(jié)構(gòu)的分析,總結(jié)其基態(tài)構(gòu)型的結(jié)構(gòu)規(guī)律。根據(jù)成鍵特征、電子排布、增量結(jié)合能ΔEI、電離勢IP、電子親合勢EA、質(zhì)子親合勢PA、解離通道和芳香性等計算結(jié)果所表現(xiàn)的奇偶變化規(guī)律,從理論上很好地解釋了相關(guān)團簇現(xiàn)有實驗譜圖中譜峰強度的奇偶變化現(xiàn)象。上述研究結(jié)果可概括為以下幾個方面:
　　 1、HCn+(n=1-10)正離子團簇

3、>　　 通過計算確定了HCn+(n=1-10)正離子團簇的基態(tài)構(gòu)型,綜合討論其基態(tài)構(gòu)型的特點。成鍵特征、原子電荷、電子排布、相鄰團簇能量差、絕熱電離勢和解離能等計算結(jié)果都說明奇數(shù)n的HCn+團簇比相鄰偶數(shù)n的團簇穩(wěn)定。理論計算所得結(jié)論與飛行時間質(zhì)譜實驗中HCn+團簇相對強度變化規(guī)律完全一致。
　　 2、CsCn-(n=1-10)負離子團簇
　　 通過計算確定了CsCn-(n=1-10)負離子團簇的基態(tài)構(gòu)型,并分析這些基

4、態(tài)構(gòu)型存在的合理性。通過最高振動頻率、增量結(jié)合能、電子親合勢和解離能等計算結(jié)果的奇偶交替規(guī)律,說明偶數(shù)n的CsCn-團簇比相鄰奇數(shù)n的團簇更穩(wěn)定。理論計算所得結(jié)論與實驗觀測的CsCn-團簇相對強度的變化情況完全一致。
　　 3、CnF3-(n=1-9)負離子團簇
　　 通過計算確定了CnF3-(n=1-9)負離子團簇的基態(tài)構(gòu)型,并綜合討論其基態(tài)構(gòu)型的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。奇數(shù)n的CnF3-負離子團簇比相鄰偶數(shù)n的團簇更穩(wěn)定。在成

5、鍵特征、垂直電子解離能和增量結(jié)合能等計算結(jié)果中,都可以發(fā)現(xiàn)這種奇偶交替規(guī)律。理論計算所得結(jié)果與質(zhì)譜實驗中CnF3-團簇相對強度變化情況一致。
　　 4、HCnN(n=1-17)中性團簇
　　 通過計算確定了HCnN(n=1-17)中性團簇的基態(tài)構(gòu)型,并綜合分析其基態(tài)構(gòu)型的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。通過成鍵特征、電子排布、最高振動頻率、增量結(jié)合能、解離通道和核獨立化學位移等計算結(jié)果,說明奇數(shù)n的HCnN團簇比相鄰偶數(shù)n的團簇更穩(wěn)定。理

6、論計算所得結(jié)論與實驗觀測及天體學中星際空間探測的HCnN物種的相對強度變化情況完全一致。
　　 5、HCnSi2+(n=1-9)正離子團簇
　　 通過計算確定了HCnSi2+(n=1-9)正離子團簇的基態(tài)構(gòu)型,并綜合分析這些基態(tài)構(gòu)型的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。偶數(shù)n的HCnSi2+團簇比相鄰奇數(shù)刀的團簇更穩(wěn)定。在成鍵特征、原子電荷、最高振動頻率、增量結(jié)合能、垂直電離勢、質(zhì)子親合勢、解離通道和核獨立化學位移等計算結(jié)果中,都能夠發(fā)現(xiàn)這種