Квантово-химическое моделирование атомного строения и электронной структуры неорганических нанотрубок и фуллереноподобных молекул

• Автор: Еняшин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Строение и перспективы использования неорганических

наноструктур

1.1. Структура нанотрубок и их устойчивость

1.2. Моделирование структуры и свойств неорганических нанотрубок

1.2.1. Нанотубулеиы элементов IV подгруппы

1.2.2. Нанотубулеиы элементов V подгруппы

1.2.3. Нанотубулеиы бора и боридов

1.2.4. Нанотубулеиы нитрида бора и его аналогов

1.2.5. Нанотубулеиы халькогенидов

1.2.6. Нанотубулеиы оксидов
1.3. Перспективы использования неорганических наноструктур
1.3.1. Энергетика источники тока и хранилища водорода
1.3.2. Элементы электронных устройств
1.3.3. Химические и физические сенсоры
1.3.4. Катализаторы
1.3.5. Любриканты
1.3.6. Медицинские препараты
Глава 2. Квантовохимические методы, используемые для
моделирования нанострукур
2.1. Ограниченный метод Хартри Фока
2.2. Расширенный метод Хюккеля
2.3. Метод Хадискретного варьирования
2.4. Метод функционала электронной плотности в приближении
сильной связи
2.5. Уравнение Шредингера для кристаллов
2.6. Метод молекулярной динамики
Глава 3. Моделирование свойств графеповых углеродных наноструктур
3.1. Гйпералмаз и гиперлонсдалеит С2 и их эндопроизводные 2
3.1.1. кристаллические формы фуллерена С
3.1.2. Кристаллические формы эндофуллерена
3.2. Эндоэдральные фуллерены i2 и их пиподы
3.2.1. Эндофуллерены i,
3.2.2. Пиподы i28,0
3.3.анокабсль на основе нанотрубок углерода и нитрида бора
Выводы к главе 3
Глава 4. Новые наноформы углерода и нитрида бора
графнновыс нанотрубки и фуллерены
4.1. Углеродные графнновыс фуллерены
4.2. Графиновые нанотрубки
4.3. Графиновые нанотрубки смешанного состава x
4.4. Боразотпыс графиновые фуллерены
Выводы к главе 4
Глава 5. Электронное строение и устойчивость халькогенидных
наноструктур
5.1. Нанотубулены 2
5.2. Нанотубулены 2 и его автоинтеркалированной фазы .22
5.3. Нанотубулены 1Т и 2Нмоднфикаций 2
5.4. Фуллерены дисульфидов , , i, ,
5.5. Молекулярнодинамические моделирование устойчивости
фуллереиов 2
Выводы к главе 5
Глава 6. Электронное строение и устойчивость оксидных
и хлоридных наноструктур
6.1. Нанотубулены и наносвитки ТЮ2
6.2. Нанотубулены V, М0О3
6.3. Наноту булены и наносвитки V5
6.4. Фуллерены ТЮ2, .
6.5. Фуллерены i2, , I2
6.6. Влияние степени ионности соединения на устойчивость
его наноструктур
Выводы к главе 6
Основные результаты и выводы
Список литературы


Характерной особенностью таких соединений является анизотропия сильных ковалентных или ионноковалентных внутрислосвых и слабых типа ВандерВаальса межслоевых связей. Структура наблюдаемых в экспериментах нанотубуленов сложна они могут иметь различное число цилиндрических слоев, атомы которых ориентированы поразному относительно оси тубулена, они могут быть открыты или закрыты с концов, они могут иметь нс только цилиндрическую, но и свиткообразную морфологию. Тем не менее, описание структуры тубулярной формы веществ существенно упрощается, если использовать классификацию, разработанную для однослойных нанотрубок, получаемых сверткой фрагмента монослоя вещества. Рис. Строение монослоев кристаллических веществ может быть охарактеризовано соответствующей двумерной решеткой. Однако имеется всего пять типов двумерных решеток Враве косоугольная а Ф а2, р ф , квадратная i а2, р , гексагональная i а2, р 0, примитивная прямоугольная i Ф а2, р , центрированная прямоугольная а, Ф а2, р на основе которых могут быть свернуты и цилиндры рис. Синтезированные первыми углеродные нанотрубки имеют стенки, образованные гексагонами атомов углерода, тип упорядочения которых совпадает с таковым в гексагональной графеновой стенке. Основные принципы описания геометрии идеальных углеродных нанотрубок, используемые в настоящее время, обоснованы и развиты в работе 2. Рис. Структуры гексагональных монослоев некоторых квазислоистых соединений 1 2 А1В2, 2 3 2, 2, 2 4 i2, 2, i анатаз, i2 5 РеС1з, Мо 6 , 7 мстастабильный I. ООО . Рис. Структуры однослойных ,0 нанотрубок неоганических квазислоистых соединений нумерация соответсвует рис. Большинство слоистых неорганических соединений, которые были обнаружен,I в нанотубулярном состоянии, также построены на основе соответствующих гексагональных слоев рис. Каждая цилиндрическая нанотрубка характеризуется радиусом и типом геликоидального атомного упорядочения хиральностью, определяемого хиральным углом 0. Используя базисные вектора i а2, двумерной гексагональной решетки и вводя хиральный вектор с яа2, оказывается возможным описать основные геометрические параметры тубулена и 0, получаемого при свертке ленты, вырезанной из монослоя рис. Поскольку и в однозначно связаны с а, и а2 целочисленными индексами п и т причем для гексагональной решетки п Ф 0, то последние можно использовать для обозначения структуры нанотрубок п,т нанотрубка. Тогда в зависимости от значений п и т все однослойные трубки также подразделяются на две группы нехиральные, включающие i зигзагоподобные и i зубчатые тубулены в 0 или , и хиральные 0 0 . Аналогично с использованием примитивных векторов двумерной решетки могут быть описаны однослойные тубулярные структуры на основе негексагонапьных слоев рис. При этом естественно и 0 будут связаны другими соотношениями с п и т. Рис. Симметрия нанотрубок определяет многие их физические свойства электронные и фононные состояния, оптическую активность и диэлектрическую восприимчивость. Роль симметрии на формирование характеристик углеродных и неорганических нанотрубок рассмотрена авторами ,. Рис. Структуры не екса опальных монослоев некоторых квазислоистых соединений 1 прямоугольная V2 2 центрированная прямоугольная ТЮ2 лепидокроцит 3 квадратная . Важно подчеркнуть, что в отличие от углеродных нанотрубок на основе моноатомного графенового слоя, большинство неорганических нанотрубок построены из большего количества атомных слоев рис. Данный факт ii даст основания полагать, что неорганические тубулены будут менее стабильны, чем углеродные того же радиуса, поскольку свертка более толстого слоя в цилиндр будет менее выгодна энергетически это будет более подробно рассмотрено ниже. Как неорганические, так и углеродные нанотрубки часто бывают закрыты на концах. В настоящее время предложены модели строения таких шапочек для гексагональных слоев типа графитоподобного или Л1В2, соединений дихалькогенидов или дихлоридов металлов с призматическим или октаэдрическим окружением атомов металлов.