内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究

采用密度泛函理论中广义梯度近似对非典型富勒烯C₂₂和过渡金属内掺衍生物M@C₂₂(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)的几何结构和电子结构进行计算研究.发现非典型富勒烯C₂₂的基态结构是含有一个四碳环的单重态笼状结构.过渡金属原子的掺入明显提高了体系的稳定性. C-M键既有一定共价性又有一定离子性.磁性、能级图、轨道分布和态密度图分析表明: M原子的3d轨道和碳笼的C原子的原子轨道之间存在较强的轨道杂化. Ti, Cr, Fe和Ni内掺的结构出现磁性完全猝灭现象. Sc和碳笼间是弱反铁磁作用, V,Mn和Co与碳笼间是弱铁磁作用.     

FePc与TiO2(110)及C60界面电子结构研究

基于C₆₀受体和有机分子给体的太阳能电池是目前非常重要的一个研究热点, 利用同步辐射真空紫外光电子能谱(SRUPS) 技术研究了酞菁铁(FePc)与TiO₂(110)及C₆₀的界面电子结构, 以及FePc与C₆₀分子混合薄膜的电子结构. SRUPS价带谱显示, FePc沉积在化学计量比与还原态两种不同的TiO₂(110)表面时, FePc分子的HOMO能级均随FePc厚度的变化发生了移动, 而在化学计量比的TiO₂(110)表面位移较大, 同时发生界面能带弯曲, 说明存在从有机层向衬底的电子转移. 在FePc/C₆₀和C₆₀/FePc界面形成过程中, FePc与C₆₀分子的最高占据分子轨道(HOMO)位移大小基本相同. 由界面能级排列发现, 在FePc与C₆₀的混合薄膜中, FePc分子的HOMO与C₆₀分子的最高占据分子轨道能级差较大, 这有利于提高器件开路电压, 改善器件性能.     

异质富勒烯C19M(M=Cr,Mo,W)的结构和电子性质的计算研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在LANL2DZ基组水平上, 优化了C₁₉M(M=Cr,Mo,W)团簇的几何结构, 得出了它们的基态构型, 并研究了基态结构的物理化学性能.结果表明: 不同的M原子替换后, C₁₉M的动力学稳定性相差不大, 而热力学稳定性随着M原子序数的增加而逐渐升高; 通过对C₁₉M的前线轨道分析发现, M原子对各个轨道均有一定的贡献, M原子对各个轨道的贡献大致随着M原子序数的增加而增加, C₁₉M中金属原子M(M=Cr,Mo,W)上集中了大量的正电荷; C₁₉M的芳香性随着M原子序数的增加而减弱.     

延长Rb原子退相干时间镀膜材料的可行性研究

实验测量了镀石蜡Rb池和石英玻璃Rb池中Rb原子自旋态寿命. 研究表明,镀石蜡Rb池的Rb原子自旋态寿命在温度T=50℃约为7　ms,而在同样温度的石英玻璃池中,Rb原子自旋态寿命仅为20 μs. 这为基于自旋的量子存储实验提供了很好的借鉴. 同时讨论了其他候选的材料来隔绝碱金属原子和容器壁的非弹性碰撞相互作用. 根据实验结果,我们认为H原子布于笼状结构内部的C₆₀H₆₀以及BN材料有较大的实用前景.     

H2S在氧化石墨烯表面的吸附和分解的理论研究

用周期性密度泛函方法对H₂S在氧化石墨烯(GO)上的吸附和分解进行了理论计算, 讨论了H₂S和GO上的羟基和环氧基团的反应过程．结果表明,反应过程是通过H₂S或-SH上的H转移使得GO的环氧基开环和羟基氢化,当GO相反面存在羟基时有助于环氧基团的开环和羟基氢化反应．H₂S在GO上吸附和分解到S原子的反应机理中引入了相应的中间态,计算两次脱氢过程能垒分别为3.2和10.4 kcal/mol,第二个H原子的转移是GO还原过程的速率决定步骤．结果还表明GO上的羟基和环氧基团有助于加强S原子和石墨烯的结合．     

Al2O3Hx(x=1—3)分子团簇的结构与光谱研究

用密度泛函理论(DFT)的B3lyp方法在6-311++g(d,p)水平上对Al₂O₃H_x(x=1—3)分子的几何构型, 电子结构, 振动频率等性质进行了系统研究. 并给出了它们可能基态结构的总能量(E_T), 零点能(E_z), 摩尔热容(C_v), 标准熵(S), 原子化能(ΔE_m), 垂直电离能(IP)及垂直电子亲和能(E_A). Al₂O₃H和Al₂O₃H₂分子可能的基态的几何构型都为平面结构. Al₂O₃H₃的两个可能为基态的几何构型都是在立体Al₂O₃(D_3h)的几何结构基础上加三个氢原子构成. 这三个分子的能量最低结构为Al₂O₃H(²A′)C_s, Al₂O₃H₂(¹A′) C_s, Al₂O₃H₃ (²A) C₁.     

分子团簇表面吸附敏化ZnO纳米线的第一性原理研究

ZnO纳米线作为新型太阳能电池结构的重要组成部件之一, 其导电能力直接影响到太阳能电池的性能. 采用密度泛函理论平面波超软赝势方法, 计算并分析了C₂H₆O(乙醇)、 C₆H₅FS(4-氟苯硫酚)、 C₇HF₇S(4-(三氟甲基L)-2, 3, 5, 6-四氟硫代苯酚) 等小分子吸附的六边形结构\langle0001angle ZNWs (ZnO 纳米线) 的几何结构、 吸附能和电子结构. 首先, 通过几何优化得到了不同基团吸附的ZNWs的稳定结构, 同时吸附能计算结果表明C₇HF₇S吸附的体系结构最为稳定, 且吸附呈现放热反应; 其次, 为研究表面敏化对导电性能的影响, 计算了不同小分子基团吸附下的能带结构和态密度, 并利用能带理论分析了表面吸附敏化对禁带宽度的调控机理, 结果分析表明小分子表面吸附敏化对ZNWs的电学性能有一定的影响, 其中C₇H₇FS和C₆H₅FS分子均发生了不同程度的电荷转移.     

内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

环戊烯分子内价轨道1a′的电子动量谱学研究

报道了环戊烯（C₅H₈）分子1a′轨道的电子动量谱，并且给出了价 轨道的电离能谱信息 .实验在非共面对称几何条件下用能量多道型电子动量谱仪完成，入射电子的能量为1200 eV 加结合能.通过Hartree-Fock 和密度泛函方法计算得到了C₅H₈分子 1a′轨道的动量谱. 对1a′轨道的电子动量谱的实验值和理论计算进行了比较，得到了该轨道的极强度（pole s trength）的信息.     

AlnC4-/0(n=2∽4)团簇的结构和成键性质: 光电子能谱和理论计算

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱与高精度理论计算,对Al_nC₄^-/0(n=2∽4))团簇的结构和成键性质进行了研究. Al₂C₄^-团簇负离子的最稳定结构是一个C_2v对称的平面结构,其中两个C₂单元与两个铝原子分别相连. Al₂C₄^-团簇负离子的次稳定结构是一个线型结构,两个铝原子位于C₄线型结构两端,能量仅比最稳定结构高0.05 eV. 中性Al₂C₄团簇是一个线型结构. Al₃C₄^-团簇负离子是一个平面结构,其中三个铝原子分别与两个C₂单元相连. 而中性Al₃C₄团簇则是一个V字型结构. Al₄C₄^-团簇负离子和中性Al₄C₄团簇均为C_2h对称的平面结构,四个铝原子分别位于两个C₂单元的末端. Al_nC₄^-/0(n=2∽4))团簇负离子的自适应自然密度配分的分析结果表明这些团簇中铝原子与C₂单元之间的化学键具有σ和π键特征.     

The stability, frontier orbitals, bond character, and static linear polarizability of the fluorinated fullerene H20@C80F60

This paper uses the density functional theory under generalised gradient approximation to analyse the stability,frontier orbitals,bond character,and static linear polarizability of H20@C80F60,which has not been isolated,as well as those of the synthesised H 20 @C 80 H 60.The H20@C80F60 should be considerably stable by analysing its energy and aromaticity.The inside H and outside X will play different role in the chemical reaction involving H 20 @C 80 X 60(X=H and F).The covalence of C-H bond is in the order that the inside C-H bond of H20@C80F60 > the inside C-H bond of H 20 @C 80 H 60 > the outside C-H bond of H 20 @C 80 H 60,whereas the C-F bond of H20@C80F60 have both the covalent and ionic characters.The static linear polarizabilities of C 80 and H 20 @C 80 X 60(X=H and F) are all isotropic.     

Theoretical insight into the open‐shell singlet diradical character of single molecular solvated dielectron e2@CnFn (n = 20, 28, 36, 50, 60, and 80)

Can there exist an open‐shell (OS) singlet diradical in the electronic ground state of the solvated dielectron? Here, we presented a comparison study by different cage‐shaped e₂@C_nF_n (n = 20, 28, 36, 50, 60, and 80) at unrestricted broken spin‐symmetry density functional theory. It is found that both the stability and the singlet diradical character of the molecule increase with increasing excess electron encapsulation space (size of the cage). For the e₂@C_nF_n (n = 50, 60, and 80), the electronic ground states have obvious special OS singlet diradical characters. Among these OS e₂@C_nF_n (n = 50, 60, and 80), the e₂@C₅₀F₅₀ with intermediate diradical character (0.658) is the most stable. The two semispheres in each highest occupied molecular orbital (α and β) of these diradicals suggest that the two excess electrons are simultaneously encapsulated inside the different regions of the cage, respectively, to form special broken s‐type 3excess electron pair.     

C72,La2@C72几何结构和电子性质的计算研究

采用密度泛涵理论(density functional theory, DFT)中的广义梯度近似(generally gradient approximation, GGA)对富勒烯C₇₂和内掺金属La富勒烯La₂@C₇₂三种同分异构体的几何结构和电子结构进行研究.发现在C₇₂的三种同分异构体中，满足独立五边形规则(isolated-pentagon-rule，IPR)的C₇₂(D_{6d< 关键词： 72}')" href="#">C₇₂ 2@C₇₂')" href="#">La₂@C₇₂ 密度泛涵理论 几何结构 电子结构     

The density functional calculations on the structural and electronic properties of the endohedral fullerene dimer (N2@C60)2

The generalised gradient approximation based on density functional theory is used to study the structural and electronic properties of the endohedral fullerene dimer (N 2 @C 60) 2.Four N atoms sit at the cage centres in the form of two N 2 molecules.The density of states and Mulliken charge analysis explore that the energy levels from-6 to-10 eV are mainly influenced by the N 2 molecules.     

外掺非典型富勒烯C64Si的几何结构和电子性质计算研究

采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation, GGA）对非典型富勒烯C₆₄Si的几何结构和电子性质进行计算研究,发现在C₆₄Si可能稳定存在的四种同分异构体中,Si原子吸附在三个直接相邻五边形的公共原子处形成的外掺杂结构是热力学最稳定的结构,即文中定义的C₆₄Si-1,这和Ge等人对 Si原子在C_{28关键词： 64}Si')" href="#">C₆₄Si 64')" href="#">C₆₄ 外掺富勒烯 密度泛函理论     

Density functional calculations on the geometric structure and properties of the 3d transition metal atom doped endohedral fullerene M@C20F20（M=Sc-Ni）

This paper uses the generalised gradient approximation based on density functional theory to analyse the geometric structure and properties of the 3d transition metal atom doped endohedral fullerene M@C20F20(M=Sc-Ni).The geometric optimization shows that the cage centre is the most stable position for M,forming the structure named as M@C 20 F 20-4.The inclusion energy,zero-point energy,and energy gap calculations tell us that Ni@C 20 F 20-4 should be thermodynamically and kinetically stablest.M@C 20 F 20-4(M = Sc-Co) possesses high magnetic moments varied from 1 to 6 μ B,while Ni@C 20 F 20-4 is nonmagnetic.The Ni-C bond in Ni@C 20 F 20-4 contains both the covalent and ionic characters.     

Structural, electronic and magnetic properties of Fen@C60 and Fen@C80 (n=2-7) endohedral metallofullerene nano-cages: First principles study

We studied the structural, electronic and magnetic properties of small Fe_n clusters (n=2-7) endohedrally doped in icosahedral C₆₀ and C₈₀ fullerenes using first principles calculations based on the density functional theory. It is found that the encapsulated Fe_n clusters inside icosahedral C₈₀ are energetically favorable while Fe_n@C₆₀ metallofullerene nano-cages are not. The binding energies of the Fe_n encapsulated in C₆₀ are positive and increase with the number of iron atoms (n) while those of the Fe_n@C₈₀ are negative and their absolute values increase up to n=6. The encapsulation does not significantly change the enclosed cluster structure, but the total magnetic moment of the larger clusters reduces due to a stronger Fe-C hybridization.     

High stability of the goldalloy fullerenes：A density functional theory investigation of M_（12）@Au_（20）（M=Na,Al,Ag,Sc,Y,La,Lu,and Au） clusters

Discovering highly stable metal fullerenes such as the celebrated C 60 is interesting in cluster science as they have potential applications as building blocks in new nanostructures.We here investigated the structural and electronic properties of the fullerenes M 12 @Au 20（M=Na,Al,Ag,Sc,Y,La,Lu,and Au）,using a first-principles investigation with the density functional theory.It is found that these compound clusters possess a similar cage structure to the icosahedral Au 32 fullerene.La 12 @Au 20 is found to be particularly stable among these clusters.The binding energy of La 12 @Au 20 is 3.43 eV per atom,1.05 eV larger than that in Au 32.The highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital（HOMO-LUMO） gap of La 12 @Au 20 is only 0.31 eV,suggesting that it should be relatively chemically reactive.     

内掺过渡金属富勒烯衍生物Ni@C20H20几何结构、成键和电磁性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Ni@C₂₀H₂₀的几何结构、成键和电磁性质进行密度泛函计算研究.结构优化发现位于偏离笼子中心三种位置处的Ni原子优化之后均回到笼子中心.结合能和能隙分析表明C₂₀H₂₀的中心位置是Ni原子热力学和动力学最稳定的位置.成键分析表明：Ni原子位于C₂₀H₂₀中心时,和C原子之间几乎没有相互作用,保持自己的孤立状态.电磁分析表明：原子磁矩为2关键词： 20H₂₀')" href="#">C₂₀H₂₀ 20H₂₀')" href="#">Ni@C₂₀H₂₀ 几何结构 成键 电磁性质 密度泛函理论