單壁碳納米錐與富勒烯及其衍生物物性的計(jì)算研究.pdf

1、本文采用基于第一性原理密度泛函理論方法對(duì)單壁碳納米錐、金屬替代摻雜富勒烯C<,59>Sm、金屬外摻雜富勒烯C<,60>Sm、非典型富勒烯C<,62>及其衍生物（4-Me-C<,6>H<,4>）<,2>-C<,62>、H<,2>-C<,62>、F<,2>-C<,62>物性進(jìn)行計(jì)算研究。 單壁碳納米錐幾何結(jié)構(gòu)分析表明，按照包含五碳環(huán)數(shù)目不同有五種可能結(jié)構(gòu)，優(yōu)化顯示分別包含有四個(gè)和五個(gè)五碳環(huán)的納米錐結(jié)構(gòu)最為接近實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，五種結(jié)構(gòu)中

2、構(gòu)成五碳環(huán)的碳碳鍵均為單鍵，而連接五碳環(huán)與錐體的碳碳鍵均為雙鍵。結(jié)合能與電子結(jié)構(gòu)分析比較顯示含有五個(gè)五碳環(huán)的結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，且為開(kāi)殼層結(jié)構(gòu)，含有四個(gè)五碳環(huán)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性次之，且為閉殼層結(jié)構(gòu)。 替代摻雜富勒烯C<,59>Sm與外摻雜富勒烯C<,60>Sm幾何結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)分析表明，以Sm原子取代C<,60>分子中的一個(gè)碳原子后碳籠仍保持穩(wěn)定的替代結(jié)構(gòu)，而對(duì)五種可能的C<,60>Sm結(jié)構(gòu)，Sm原子傾向于棲息在六碳環(huán)與五碳環(huán)的空洞上方。電

3、子結(jié)構(gòu)分析表明，由于Sm原子與碳籠中鄰近碳原子軌道雜化微弱，所以每種結(jié)構(gòu)中Sm原子的磁性都得到很好的保留。由于能隙較小且最高占據(jù)軌道半滿，所以C<,60>Sm的各種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)均可能為半導(dǎo)體。 非典型富勒烯C<,62>及其衍生物電子結(jié)構(gòu)分析表明，C<,62>的前線軌道尤其是最高占據(jù)軌道主要分布在四碳環(huán)周圍，較小的能隙表明C<,62>將比C<,60>具有更高的化學(xué)反應(yīng)活性，但是其衍生物顯示出較為穩(wěn)定的化學(xué)特性。前線軌道理論分析表明用F