功能性大尺寸富勒烯C106的理論研究.pdf

1、由于富勒烯的結(jié)構十分奇特，在其球狀碳籠上的電子形成了一個球形的離域體系，使其在醫(yī)療、能源以及天文學諸多方面都有著潛在應用。而嵌入原子或者原子團之后，由于內(nèi)部原子或原子團的電荷轉(zhuǎn)移作用更是使得富勒烯有著更迷人的性質(zhì)。無論是在實驗上還是理論上，對大碳籠富勒烯Cn(n>100)的研究都很少，本文通過對符合IPR規(guī)則的大碳籠富勒烯C106和以IPR碳籠為母籠的雙金屬內(nèi)嵌富勒烯Gd2@C106進行密度泛函理論研究，進而加深對大碳籠富勒烯電子結(jié)構和

2、性質(zhì)的理解。
　　對C106富勒烯進行幾何優(yōu)化后，通過B3LYP理論方法計算了它的一系列性質(zhì)。頻率計算得到了前10種最穩(wěn)定異構體在0-4000K的溫度區(qū)間內(nèi)的濃度曲線，發(fā)現(xiàn)最穩(wěn)定的異構體C2:063和穩(wěn)定性緊跟其后的C1:043的相對濃度隨著溫度的增加而單調(diào)降低，但是二者的相對濃度在整個溫度區(qū)間內(nèi)都有著絕對的優(yōu)勢，這兩種結(jié)構都很有可能在實驗合成中被分離出來。計算同時得到了前20種最穩(wěn)定富勒烯異構體結(jié)構的紅外和拉曼光譜，并對這些光譜

3、進行了簡要分析，指出了與富勒烯碳籠對應的特征峰。核磁計算得到富勒烯異構體的核獨立化學位移值，結(jié)果表明C106富勒烯20種最穩(wěn)定結(jié)構中最穩(wěn)定的結(jié)構C2:063表現(xiàn)出了反芳香性，而穩(wěn)定性排第二位的C1:043異構體的芳香性很大，并且大部分異構體的芳香性質(zhì)都不錯。最后，還模擬了5種最穩(wěn)定結(jié)構在不同外場下的非線性光學響應性質(zhì)，得到了各個結(jié)構隨著外場能量不斷增加時，非線性響應值的變化曲線，發(fā)現(xiàn)Cs:0526異構體的THG、EFISH和TPA三種外

4、場下的非線性響應極值都比其他四種異構體的極值大。而在DFWM過程中，則是C2:0343異構體的最大響應值較于其他異構體的最大響應值更大。
　　同樣地的處理過程，對帶有6個負電荷的C1066-優(yōu)化之后，選取最穩(wěn)定的5種結(jié)構嵌入2個金屬Gd原子，再一次對嵌入金屬之后的結(jié)構進行優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)5種結(jié)構嵌入同樣的金屬原子之后，金屬原子在碳籠內(nèi)的位置是不一樣的。雙金屬內(nèi)嵌富勒烯的IR光譜表明它們的吸收峰大致存在三種形式，熱穩(wěn)定性分析表明，Gd