大尺寸富勒烯电子结构及光谱性质理论计算

发布时间：2021-01-06 18:58

　　富勒烯的物理和化学性质与碳原子数相关,随着碳原子数增加,大尺寸碳笼非线性光学响应和超导性质会显著提升,且较大碳笼能够容纳更多种类的金属和团簇分子,可以增加其在医学、催化方面的应用。但是大尺寸富勒烯异构体不易分离,仅通过实验手段研究其性质很困难。本工作将不同尺度计算方法有效组合,快速、准确筛选了大尺寸稳定富勒烯异构体,分析其电子和振动光谱性质,为实验识别异构体提供指纹特征。同时,通过改写非线性光学（NLO）程序模拟了富勒烯异构体在连续外电场下三阶NLO响应过程。本论文主要研究内容如下:利用密度泛函理论方法（DFT）研究了D3d（3）@C96异构体及其掺杂BN原子对和Ti原子的电子结构和三阶非线性光学性质。研究表明掺杂BN原子对和Ti原子会极化掺杂富勒烯电子结构,收缩HOMO-LUMO能隙,在UV/Vis低能区出现更多的电子激发态。较窄HOMO-LUMO能隙和相对较强电子激发引起的电荷转移使这些掺杂富勒烯在低外场下NLO响应增大。计算了C96的五个稳定异构体,发现他们的HOMO-LUMO带隙较小,低能电子激发在500 nm以上。C2:181、D2:183、C1:144和C1:145具有高稳... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【图文】：

C60和Sm2@D3d(822):C104的结构比较

[67]，因此 Sc 原子与[6,6]环连接。图1-2 几个内嵌金属富勒烯分子结构[65](a)Tm3N@Ih:C80(b)Gd2C2@D3:C92(c)Sc4(μ3-O)2@Ih:C80[65]Fig.1-2 Structures of (a) Tm3N@Ih:C80(b) Gd2C2@D3:C92and (c) Sc4(μ3O)2@Ih:C80在制备 M3N@C2n时，富勒烯的大小通常是由内嵌离子和分子尺寸决定，金属离子越大越容易形成大尺寸碳笼。比如 M 为较小 Sc 时只能形成 Sc3N@C68、Sc3N@C78和 Sc3N@C80（C80具有 Ih和 D5h对称性）。M 为较大 Gd 时，就会形成Gd3N@C78、Gd3N@C80、Gd3N@C82、Gd3N@C84、Gd3N@C86和 Gd3N@C88[68]。当内嵌金属为 La 时，则会形成更大 La3N@C88、La3N@C92和 La3N@C96[69]。金属离子大小还可以决定富勒烯的类型。比如Sc可以形成IPR异构体Sc3N@D3h(5):C78，而较大的 Gd 则会形成 non-IPR 异构体 Gd3N@C2(22010):C78[70]。内嵌金属氮化物富勒烯中的电子分布可以用(M3N)6+@(C2n)6-来表示。在这个

而碳化物上 4 个电子会转移到碳笼上。图1-3 (a)实验(b)DFT计算中得到的Sc3C2@C80结构对比图[74,75]Fig. 1-3 Structures of (a) X-ray determined Sc3C2@C80and(b) computed structures of Sc3@C82[74,75]

【参考文献】：
期刊论文
[1]富勒烯新结构的研究进展[J]. 邓顺柳,谭元植,谢素原,黄荣彬,郑兰荪.  厦门大学学报(自然科学版). 2011(02)



本文编号：2961093