C摻雜BN團簇幾何和電子結構的理論研究.pdf

1、團簇的許多物理和化學性質隨著團簇尺寸的變化而變化。因此,研究團簇的最重要問題之一就是找到團簇較為穩(wěn)定的幾何結構以及分析其電子結構。本文以替代的方式得到了一種具有不配對電子的富勒烯。以往研究雜體BCN系統(tǒng)大多都是B、N配對的結構,對缺電子的結構研究較少。B12N12有兩個穩(wěn)定結構,分別為由6個四圓環(huán)和8個六圓環(huán)組成的 B12N12-4668和由12個五圓環(huán)和2個六圓環(huán)組成的 B12N12-51262。B12N12-4668比 B12N12

2、-51262穩(wěn)定,因為包含五圓環(huán)的異構體會形成弱的 B-B和 N-N鍵。B12N12是最小最穩(wěn)定的 BN富勒烯,研究以它為基礎的富勒烯有重要意義。因此本文的主要工作是從 B12N12-4668籠中用C取代N得到取代富勒烯 B12CxN12-x。分析了穩(wěn)定結構的幾何和電子結構,并與C24和B12N12的電子結構進行了比較。
　　用從頭計算方法研究了缺電子的團簇 B12C6N6。新的結構是從 B12N12中將 N替換成C得到的,因此結

3、構中只有B-C和B-N鍵。所有可能的結構都進行了優(yōu)化,確定了低能的異構體。在低能的異構體中,C和 N原子傾向分開,形成了 B2C2和 B2N2環(huán)。自然鍵軌道分析表明,在這些籠中,B,C,N原子以接近 sp2.3的雜化方式形成了B-C和B-N鍵。垂直于籠表面的2p軌道被部分占據(jù),它們所形成的分子軌道是高度離域的。在B12N12和B12C6N6中,N原子上的電荷都為-1.17,C原子上的電荷是-0.72~-0.60。分子軌道組成顯示在 B1

4、2N12和 B12C6N6中 B-N鍵是相同的 B-C鍵具有強的共價鍵特征。B12C6N6的 HOMO軌道由 B和C的2p軌道組成,LUMO由 C的2p軌道組成。C24, B12N12和B12C6N6的帶隙分別為2.52,6.84,3.22eV。
　　用從頭計算方法研究了B12CxN12-x(x=2,4)籠的幾何和電子結構。從B12N12中將N替換成C得到新的結構,這樣取代的結構中也只有 B-C和 B-N鍵。B-C鍵集中的結構較穩(wěn)

5、定,在最穩(wěn)定結構中,C原子在四圓環(huán)上,形成了 B2C2和 B2N2環(huán)。B12C2N10的HOMO主要由C和N的2p軌道組成,LUMO位于-3.6eV處,主要由C的2p軌道組成。B12C4N8的 HOMO也主要由 C和 N的2p軌道組成,LUMO位于-4.1eV處,主要由 C的2p軌道組成。在 B12N12,B12C2N10和 B12C4N8中 B和 N原子上的電荷都為1.2, B12C2N10中 C原子上電荷約為-0.7,B12C4N8