單壁碳納米錐與富勒烯及其衍生物物性的計算研究.pdf

1、本文采用基于第一性原理密度泛函理論方法對單壁碳納米錐、金屬替代摻雜富勒烯C<,59>Sm、金屬外摻雜富勒烯C<,60>Sm、非典型富勒烯C<,62>及其衍生物（4-Me-C<,6>H<,4>）<,2>-C<,62>、H<,2>-C<,62>、F<,2>-C<,62>物性進行計算研究。 單壁碳納米錐幾何結構分析表明，按照包含五碳環(huán)數(shù)目不同有五種可能結構，優(yōu)化顯示分別包含有四個和五個五碳環(huán)的納米錐結構最為接近實驗觀測結果，五種結構中

2、構成五碳環(huán)的碳碳鍵均為單鍵，而連接五碳環(huán)與錐體的碳碳鍵均為雙鍵。結合能與電子結構分析比較顯示含有五個五碳環(huán)的結構最為穩(wěn)定，且為開殼層結構，含有四個五碳環(huán)的結構穩(wěn)定性次之，且為閉殼層結構。 替代摻雜富勒烯C<,59>Sm與外摻雜富勒烯C<,60>Sm幾何結構與電子結構分析表明，以Sm原子取代C<,60>分子中的一個碳原子后碳籠仍保持穩(wěn)定的替代結構，而對五種可能的C<,60>Sm結構，Sm原子傾向于棲息在六碳環(huán)與五碳環(huán)的空洞上方。電

3、子結構分析表明，由于Sm原子與碳籠中鄰近碳原子軌道雜化微弱，所以每種結構中Sm原子的磁性都得到很好的保留。由于能隙較小且最高占據(jù)軌道半滿，所以C<,60>Sm的各種穩(wěn)定結構均可能為半導體。 非典型富勒烯C<,62>及其衍生物電子結構分析表明，C<,62>的前線軌道尤其是最高占據(jù)軌道主要分布在四碳環(huán)周圍，較小的能隙表明C<,62>將比C<,60>具有更高的化學反應活性，但是其衍生物顯示出較為穩(wěn)定的化學特性。前線軌道理論分析表明用F