內(nèi)嵌金屬富勒烯結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性研究.pdf

1、金屬內(nèi)嵌富勒烯是一類將金屬原子或者含有金屬原子的團(tuán)簇包裹在富勒烯碳籠中所形成的復(fù)雜分子，因其結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的特殊性，一直被廣泛關(guān)注和研究。近二十多年的研究歷程中，量子化學(xué)計(jì)算在深入研究金屬富勒烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其能夠快速預(yù)測(cè)熱力學(xué)穩(wěn)定的富勒烯異構(gòu)體，并且能對(duì)這些穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)，是金屬富勒烯研究中不可或缺的重要手段。本文利用密度泛函理論計(jì)算，系統(tǒng)地研究了一系列重要的內(nèi)嵌金屬團(tuán)簇的富勒烯分子的幾何

2、結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)由于C和N原子電子密度的相似，單晶X射線衍射無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)它們?cè)诟焕障┗\內(nèi)的具體位置和成鍵方式?；诿芏确汉碚?，我們研究了Sc3CN@C80-Ih中內(nèi)嵌團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)，確定了它們最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)為C原子處在三個(gè)Sc原子以及N原子形成的準(zhǔn)四邊形的中央。結(jié)合它們的前線軌道圖，紅外和拉曼光譜等手段，進(jìn)一步分析Sc3CN@C80-Ih的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及與Sc3NC@C80-Ih之間的關(guān)系。
　　

3、通過(guò)計(jì)算，Sc3CN@C80-Ih較Sc3NC@C80-Ih具有大的結(jié)合能和HOMO-LUMO能隙，因此表明，Sc3CN@C80-Ih在實(shí)驗(yàn)中比Sc3NC@C80-Ih更容易合成。但二者的紅外和拉曼光譜趨于一致，對(duì)應(yīng)特征峰的位置沒(méi)發(fā)生變化，表明CN的具體位置對(duì)籠的整體力學(xué)分布并未產(chǎn)生大的影響。
　　(2)基于DFT的方法研究了新結(jié)構(gòu)富勒烯YCN@C76結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，通過(guò)研究它的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及各種光譜性質(zhì)，與內(nèi)嵌金屬富勒烯Sc3CN@

4、C80-Ih進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在Sc3CN@C80-Ih構(gòu)型中，內(nèi)嵌團(tuán)簇Sc3CN當(dāng)C在中間時(shí)Sc3CN@C80-Ih整體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定;而在直線型YCN@C76-19138-C2v構(gòu)型中，內(nèi)嵌團(tuán)簇YCN當(dāng)N在中間時(shí)更穩(wěn)定。
　　(3)研究了基于C80-Ih碳籠的混合三金屬氮化物內(nèi)嵌富勒烯Sc3.xYxN@C80(x=0-3)的最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)它們均具有大的結(jié)合能和寬的HOMO-LUMO能隙。通過(guò)計(jì)算它們的絕熱電子親和勢(shì)和電