硼基纳米团簇结构、成键及动力学性质研究

发布时间：2022-08-08 13:59

　　在元素周期表中硼与碳相邻,前者是典型的缺电子元素。硼元素具有原子半径小、电离能高、配位数大等特点,这决定了硼团簇有着独特的几何结构、化学成键及分子动力学性质。近20余年来,科研工作者通过大量实验和理论研究确定在较宽的尺寸范围内硼纳米团簇倾向于形成平面或准平面结构。平面和准平面硼团簇为设计新颖硼基纳米机器奠定了坚实基础。本论文在密度泛函（density functional theroy,DFT）和耦合簇（CCSD（T））理论水平下研究了拉长硼团簇B^-₁₁,B₁₁和B⁺₁₅的几何结构、化学成键及动力学结构流变性质,首次提出“亚纳米坦克履带”概念。以掺杂硼团簇B₁₀C和B₁₀Ca为模型,深入阐释了硼团簇纳米机器的动力学结构流变机理,并由此分别实现对B^-₁₁亚纳米坦克履带的制动调控和非流变B₁₀团簇的驱动调控。提出共价键体系分子内转动能垒的半定量描述方法。在B₈

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 平面硼团簇
    1.2 全硼富勒烯(硼球烯)
    1.3 硼墨烯
    1.4 硼团簇Wankel马达
    1.5 论文课题的选择、目的和内容
第二章 理论基础和研究方法
    2.1 薛定谔方程
    2.2 密度泛函理论
    2.3 从头算方法
    2.4 本论文相关的主要程序及研究方法
        2.4.1 全局极小结构搜索
        2.4.2 分子动力学模拟
        2.4.3 适配性自然密度分割
        2.4.4 光电子能谱
            2.4.4.1 光电子能谱原理
            2.4.4.2 电子剥离能
            2.4.4.3 光电子能谱实验装置
第三章 硼基亚纳米坦克履带：B_(11)~–和B_(11)团簇
    3.1 引言
    3.2 研究方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 振动频率和BOMD模拟
        3.3.2 零级近似化学成键模型
        3.3.3 三中心“岛状”σ键模型
        3.3.4 结构演化过程
        3.3.5 电子云演化过程
    3.4 本章小结
第四章 硼基“双引擎”亚纳米坦克履带：B_(15)~+团簇
    4.1 引言
    4.2 研究方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 振动频率和BOMD模拟
        4.3.2 三重电子离域成键模型
        4.3.3 ELFs和AdNDP分析
        4.3.4 结构与离域电子演化过程
        4.3.5 双引擎驱动坦克履带？
        4.3.6 供选择的近似“岛状”σ键AdNDP方案
    4.4 本章小结
第五章 亚纳米坦克履带的制动与能垒调控：模型B_(10)C体系
    5.1 引言
    5.2 研究方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 B_(10_C团簇的GM和LM结构
        5.3.2 振动频率和BOMD模拟
        5.3.3 结构演化过程
        5.3.4 亚纳米坦克履带转动机理讨论
        5.3.5 转动能垒的半定量描述
    5.4 本章小结
第六章 最小拉长硼团簇转动能垒调控研究：B_(10)Ca复合团簇
    6.1 引言
    6.2 研究方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 B_(10)Ca团簇的GM结构
        6.3.2 振动频率和BOMD模拟
        6.3.3 结构演化过程
        6.3.4 化学成键
        6.3.5 转动能垒的定量分析
    6.4 本章小结
第七章 硼纳米“指南针”：Mg_2B8复合团簇
    7.1 引言
    7.2 研究方法
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 Mg_2B_8团簇的GM结构
        7.3.2 “指南针”与“车轮式”结构的竞争
        7.3.3 振动频率和BOMD模拟
        7.3.4 结构演化过程
        7.3.5 化学成键
    7.4 本章小结
第八章 硼纳米“伞”及其动力学流变性质：Li_4B_7~?复合团簇
    8.1 引言
    8.2 研究方法
    8.3 结果与讨论
        8.3.1 Li_4B_7~?团簇的GM结构
        8.3.2 振动频率和BOMD模拟
        8.3.3 结构演化过程
        8.3.4 化学成键
        8.3.5 光电子能谱模拟
    8.4 本章小结
第九章 尺寸最小硼球烯B_(28)~?和B_(28)理论和实验研究
    9.1 引言
    9.2 实验与理论方法
        9.2.1 实验方法
        9.2.2 理论方法
    9.3 实验与理论结果
        9.3.1 实验结果
        9.3.2 理论结果
        9.3.3 实验与理论结果对比
    9.4 结果讨论
        9.4.1 B_(28)~?团簇全局极小结构的化学成键
        9.4.2 B_(28)~?和B_(28)“海贝”笼状结构的化学成键
        9.4.3 “海贝”B_(28)笼状结构：最小的硼球烯？
    9.5 本章小结
第十章 总结与展望
    10.1 本论文主要结论
    10.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
缩写词
致谢
个人简况



本文编号：3671636