论文部分内容阅读
本文在系统总结具有纳米尺度的碳团簇研究现状的基础上，着重开展了如下四方面的工作： 首先采用PM3和B3LYP／6-31G方法对2D六方网状，以及1D链状C36聚合体的构型进行全优化，探讨了其电子结构和稳定性；并在从头算水平上计算了相应的能带结构。计算表明，C36形成聚合体后构型发生了显著变化；与0D的结构比较，笼内C-C键长变化明显。C36聚合后稳定性提高，呈半导体或绝缘体性质。 使用基于EHT方法的NEW3程序，对椅型、锯齿型以及螺旋型单壁碳纳米管一系列无限长模型作了计算，给出了它们详细的能带结构图，对其带隙与几何参数（n,m）关系的规律作了研究，并分析了费米能级附近的能带成分。 接着采用PM3方法，对含帽及不含帽结构的三种（5，5）椅型有限长碳纳米管的构型进行优化，对其电子结构进行了系统研究，结果表明，随着管长度的增大，除了最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）之间的能隙（Eg）出现周期性的变化外，首次发现纳米管端“表面”（管的末端和管帽）构型的周期振荡现象，并研究了该类型的三组不同的长度纳米管的长度效应，发现同组的纳米管具有相似的构型和电子结构变化规律。研究表明纳米管帽的尺寸效应可以看成为一定长度管壁的简单延伸，揭示了含帽与不含帽纳米管电子结构之间的相似性。本文还对部分有限长锯齿型（n,0）管的构型进行了优化，并对一系列锯齿型管进行PM3方法的单点能计算，分析了它们的前线轨道的拓扑特征。与椅型管不同，锯齿型管的优化较难收敛，并且簇模型是否氢封闭对其前线轨道的拓扑特征影响很大。 最后使用PM3方法，对两端开口的，含120C，130C，140C的（5，5）管模型吸附H和F的情况进行一系列计算，探讨了它们的吸附顺序，并以此为基础，研究了四种吸附构型在不同长度模型上的稳定性。结果表明，F与H有类似的吸附规律，但是，在各种吸附构型的稳定性上，F吸附比H吸附的差别较为显著。H，F的吸附在50％覆盖度下更倾向于沿管轴的锯齿状连续排列，而非垂直于管轴的环状排列，这些吸附排列结构与各纳米管骨架模型的前线轨道拓扑图之间存在对应关系。