Электронная структура соединений фуллеренов и углеродных нанотруб по данным квантово-химических расчетов и рентгеновской спектроскопии

• Автор: Булушева, Любовь Геннадьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 325 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор

1. Геометрическое и электронное строение фуллеренов С60, С70

2. Электронная структура луковичного углерода

3. Электронная структура углеродных нанотруб

3.1 .Электронная структура идеальных углеродных нанотруб

3.1.1. Бесконечные трубы

3.1.2. Трубы конечной длины

3.2.Электронное состояние закрытого конца углеродной нанотрубы

3.3.Влияние топологического дефекта на электронную структуру углеродной трубы

3.3.1 .Простейший топологический дефект 3

3.3.2.Дефекты Стоуна-Уэлса

3.3.3.Трубчатые гетероструктуры
3.4.Вакансии
3.5.Регибридизация в углеродных нанотрубах
3.6.Рентгеноспектральное исследование электронной структуры углеродных нанотруб
Заключение к главе 1
Глава 2. Методы квантовой химии и рентгеновской спектроскопии в исследовании электронного строения химических соединений
1. Основы приближения Хартри-Фока и теории функционала плотности
2. Рентгеновская эмиссионная спектроскопия и рентгеноэлектронная спектроскопия как методы исследования электронной структуры вещества
2.1. Рентгеновская эмиссионная спектроскопия
2.2. Рентгеноэлектронная спектроскопия
3. Квантово-химические расчеты рентгеноспектральных характеристик углеродных структур
3.1. Регистрация рентгеновских спектров
3.2. Построение СКа-спектров соединений фуллерена
3.3. Моделирование рентгеновских спектров твердых тел
3.4. Выбор репрезентативного кластера для расчета СКа-спектров углеродных нанотруб
3.5. Энергия внутренних уровней графитовых фрагментов
Заключение к главе 2
Глава 3. Электронные взаимодействия в соединениях фуллерена Сбо с разным характером химической связи
1. Электронные взаимодействия в двумерных Сбо полимерах
2. Определение наиболее вероятного изомера Сб0Н3б с использованием СКа- и Ж- спектров
2.1. Рентгеноспектральное исследование СбоНзб
2.2. Сравнение теоретических и экспериментальных ИК спектров СвоНзб
3. Электронная структура фторида фуллерена СбоР48
4. Структура химических взаимодействий в комплексе палладий-[60]фуллерен с бидентантным бис-1,Г-[Р(РЬ)2]2-ферроценовым лигандом
4.1. Структурные фрагменты комплекса (г|2-Сбо)Р(1[Р(Р1г2)С5Н4]2ре
4.1.1. Электронное состояние углерода
4.1.2. Ре(С5Н5)2
4.1.3. Р(СбН5)3
4.2. Электронная структура комплекса (г|2-Сбо)Рс1[Р(Р112)С5Н4]2ре
5. Электронное строение молекулярных комплексов (ТР)2С6о и БРА-Сбо
5.1. Комплекс (ТР)2Сбо
5.2. Комплекс DPA-C6o
Глава 4. Исследование электронного состояния углеродных наночастиц, образующихся при отжиге ультрадисперсных алмазов
1. Исследование электронного строения образцов, полученных на начальных стадиях отжига ультрадисперсных алмазов
2. Электронное строение углерода луковичной структуры
3. Исследование автоэмиссионных характеристик частиц
Глава 5. Электронная структура углеродных нанотруб, полученных в разных синтетических условиях
1. Исследование материала, полученного при электродуговом испарении графита и содержащего однослойные углеродные нанотрубы
2. Влияние очистки на электронную структуру углеродных нанотруб, полученных CVD и HiPco методами
2.1. Многослойные углеродные нанотрубы
2.2. Однослойные углеродные нанотрубы
3. Химическое состояние азота в CNX нанотрубах
Глава 6. Структура химической связи во фторуглеродных соединениях
1. Структура С-F связи во фториде графита (CF)n
2. Исследование зависимости плотности занятых состояний углерода во фториде графита C2F от мотива распределения атомов фтора
2.1. Структурные модели C2F
2.2. Сравнение СКа-спектра фторида графита (C2F)n с теоретическими спектрами моделей
2.3. Электронная структура фторида графита состава C2F
3. Влияние фторирования углеродных нанотруб на энергию связи С Is электронов

Исследование электронной структуры (6,4)/т(5,5)/(6,4) соединения, где т -число ячеек трубы (5,5), помещенной между полубесконечными трубами (6,4), проведено методом сильной связи в л-приближении [150]. Трубы были соединены (5-7) дефектом, ориентированным по диаметру системы. При т=5 плотность состояний (6,4)/т(5,5)/(6,4) соединения в окрестности уровня Ферми характеризуется наличием четырех локализованных пиков, соответствующих фрагменту (5,5) трубы. Дискретность и пространственная локализация этих состояний обусловлены квантовыми ограничениями в движении электронов, следовательно, рассмотренная система ведет себя как квантовая точка. В сравнении с обычными квантовыми точками, созданными из композиционно разных материалов, в данном случае квантовое ограничение возникает из-за изменения в устройстве графитовой сетки. Энергия дискретных уровней зависит от числа т, типа дефекта и того, как он встроен в трубчатую систему. Плотность состояний дефекта является энергетическим барьером, причем его высота больше для электронов, чем для дырок. Локализованные состояния относятся к к точкам, находящимся вблизи кр » 2л/3а, где л- и л*-зон (5,5) трубы пересекаются, поэтому при т кратном 3 состояния являются практически вырожденными. Для создания квантовых точек на основе только зигзагообразных труб (5-7) дефекты должны быть ориентированы вдоль оси трубы. Расчет электронной структуры соединений типа Э/тв/в, М/тБ/М и М/тМ/М выявил появление ряда дискретных уровней, соответствующих энергетическому спектру трубы конечного размера [151]. Число квантованных состояний возрастает при увеличении размера участка в середине гетероструктуры.
Как часто топологические дефекты встречаются в углеродных нанотрубах? Чтобы прояснить этот вопрос, СТМ измерения были выполнены для 100 однослойных нанотруб, полученных при лазерном испарении графита [152]. Изображения -10% труб показали особенности, которые могут быть отнесены к