鉍摻雜碳團簇、砷-鉍類管狀同分異構(gòu)體與新型硼納米管的理論預測.pdf

1、過去的幾十年，包含碳原子和金屬原子的新材料受到人們的廣泛關(guān)注，主要由于它們在催化劑、半導體、超導體以及量子器件等方面的潛在應(yīng)用價值；碳團簇的研究也為后來的富勒烯以及納米管的研究打下了良好的基礎(chǔ)；此外，金屬碳化物的研究對于研究表面化學、燃燒進程和天體化學等都是非常重要的。
　　 本文基于密度泛函理論，以前人研究的TMCn為基礎(chǔ)，對Bi摻雜碳團簇BimCn進行了系統(tǒng)地研究，在結(jié)構(gòu)演化、穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和磁矩方面進行了分析；設(shè)計了一類

2、無機金屬絡(luò)合物Fen(C6)n+1、Run(C6)n+1和Crn(P6)n+1團簇，研究了它們的電子結(jié)構(gòu)和磁特性；構(gòu)建了兩類有限長中空Bi/As納米管，并對它們的穩(wěn)定性和電子性質(zhì)進行了詳細探索；構(gòu)建了一類新型的Boron片和Boron納米管，研究了它們的穩(wěn)定性和電子特性。研究結(jié)果表明：
　　 (1)小尺寸的BiCn、Bi2Cn表現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律：BiCn(n=1-9、11、12)、Bi2Cn(n=1-12)均采用線性結(jié)構(gòu)為

3、基態(tài)結(jié)構(gòu)；中等尺寸的BiCn(n=10、13-19)以平面單環(huán)結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定；BiC20的石墨層狀結(jié)構(gòu)比其他異構(gòu)體都穩(wěn)定。
　　 (2)碳團簇的穩(wěn)定性并不因Bi原子的加入而得到改善，其化學活性有所增強；Mulliken分析表明，Bi原子帶有正電荷，即電荷轉(zhuǎn)移方向由Bi原子轉(zhuǎn)向C原子。BiCn的總磁矩恒為1μB，Bi2Cn總磁矩呈現(xiàn)奇偶震蕩，二者總磁矩皆由Bi原子局域磁矩提供；
　　 (3)分析類三明治團簇Fen(C6)n+

4、1、Run(C6)n+1和Crn(P6)n+1的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Fe(C6)2、Ru(C6)2和Cr2(P6)3表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性；Fe，Ru在其所在的三明治團簇中都帶有正電荷，Cr原子在Cro(P6)n+1中帶有負電荷。除Ru3(C6)4的總磁矩為2μB外，其余的Run(C6)n+1和Fen(C6)n+1的總磁矩均為0μB；兩類Crn(P6)n+1也表現(xiàn)出非磁性(0μB)。
　　 (4)隨著尺寸的增長，兩類BiNT和AsNT都表

5、現(xiàn)出半導體特性，兩類納米管的總磁矩與局域磁矩都發(fā)生了淬滅，Bi-Bi鍵與As-As鍵呈現(xiàn)共價鍵特征，共價相互作用隨尺寸增長在緩慢變?nèi)?。BiNT與AsNT的HOMO和LUMO軌道都表現(xiàn)出類sp3雜化特征，形成了σ和π鍵分子軌道。
　　 (5)通過對新型Boron片和Boron納米管的優(yōu)化計算，發(fā)現(xiàn)它們可以穩(wěn)定存在，這類Boron片和Boron納米管都表現(xiàn)出較好的金屬性和電子傳輸特性，手性矢量為(-12，4)的硼納米管表現(xiàn)出半導體特