内掺金属富勒烯的几何结构和电子结构

论文摘要

本文对基于Ih—C80和D5h-C80的内掺金属富勒烯Ti2@C80、Sc3N@C80进行了理论研究,主要分析了他们的几何结构和电子结构。计算过程借助基于密度泛函理论的Dmol3软件包,采用BLYP交换关联势和dnp基组。几何结构分析表明掺入Ti2、Sc3N后,C80碳笼都只发生了细微的膨胀,因此,虽然掺杂之后对称性都发生了变化,但是Ti2@C80、Sc3N@C80中碳笼的对称性与掺杂之前很接近,在核磁共振（NMR）试验中仍能观察到具有Ih和D5h对称的特征谱线。由满足独立五边形规则的C80富勒烯七种异构体中最不稳定的Ih-C80掺杂形成的Ih-Ti2@C80、Ih-Sc3N@C80成为最稳定的,同时说明通过掺杂能够增加富勒烯的稳定性。电子结构分析表明掺入Ti2、Sc3N后,使得原先的对称性遭到破坏,从而导致原先的能级结构随之发生了变化,能级分裂,能隙均有所增加,这也是掺杂之后稳定性增强的原因之一,此外,与内掺碱金属不同,能级的变化并不是刚带填充的。掺杂之前Ih—C80没有磁性,而D5h-C80约有2μB的磁矩,Ti和Sc的电子组态分别为3d24s2、3d14s2,因此他们分别有2μB和1μB的磁矩,掺杂之后,Ti和Sc的磁性淬灭,D（5h-）C80的磁性也完全淬灭。通过Mulliken电荷分析和(C80)-m（m=1-6）的结合能、能隙的比较得知,Ti2、Sc3N均转移约2个电子给C80。Ih—Ti2@C80、D5h-Ti2@C80、Ih-Sc3N@C80、D5h-Sc3N@C80的垂直离化能（VIP）、垂直亲和能（VEA）、整体硬度η和绝对电负性x的研究发现,基于D5h-C80的内掺金属富勒烯比基于Ih—C80的内掺金属富勒烯容易被氧化,而难于被还原,他们对自身电子的束缚能力有所差异,因此我们可以推测他们之间可以形成聚合物。

论文目录

第一章引言

第二章理论与计算工具

第一节密度泛函理论基础

第二节 Dmol理论基础及其实现

§2.1 理论基础

§2.2 Dmol的数学实现

2@C₈₀的理论研究'>第三章内掺金属富勒烯Ti₂@C₈₀的理论研究

第一节背景介绍

第二节计算细节

第三节结果分析

§3.1 几何结构分析

h-Ti₂@C₈₀的几何结构'>§3.1.1 I_h-Ti₂@C₈₀的几何结构

5h-Ti₂@C₈₀的几何结构'>§3.1.2 D_5h-Ti₂@C₈₀的几何结构

h-Ti₂@C₈₀和D_5h-Ti₂@C₈₀的比较'>§3.1.3 最稳定的I_h-Ti₂@C₈₀和D_5h-Ti₂@C₈₀的比较

§3.2 电子结构分析

第四节结论

3N@C₈₀的理论研究'>第四章内掺金属富勒烯Sc₃N@C₈₀的理论研究