Дефекты структуры молекулы фуллерена и их влияние на физико-химические свойства фуллерита

• Автор: Янов, Илья Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ ФУЛЛЕРЕНА И ФУЛЛЕРИ

1.1. Молекулы С6о.

1.2. Фуллерит

1.3. Сверхпроводимость в легированном фуллерите

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЛЕКУЛЫ ФУЛЛЕРЕНА И

ТВЕРДОГО Сбо

2.1. Метод молекулярной динамики

2.2. Приближение функционалов электронной плотности

2.3. Полуэмпирические квантовохимические методы и метод сильной связи

2.4. Классические многотельные потенциалы
2.5. Моделирование твердого С6о
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА ЭНДОЭДРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
СС, КЛАСТЕРОВ С, С И ОДНОГО ИЗ ИЗОМЕРОВ МОЛЕКУЛЫ ФУЛЛЕРЕНА
3.1. Расчеты с помощью классических многотельных потенциалов
п.3.1.1. Методика вычислений.
п.3.1.2. Равновесная структура молекулы фуллерена
п.3.1.3. Структура молекулы фуллерена с дополнительным ато
мом углерода. Эффект кейджинга легкой ми фации эн
доэдрического С. Барьеры миграции.
п.3.1.4. Моделирование изомера Сбо, кластеров С и С
Расчеты с помощью квантовомеханических методов. Структура молекулы фуллерена идеальная с внедрением. Изомер Сбо сохраняющий число пятиугольных и
шестиугольных граней. Кластеры и С
Метод сильной связи.
Метод МПДП
iii расчеты эндоэдрического комплекса молекулы
фуллерена СС.
Анализ полученных результатов.
ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ ФУЛЛЕРЕНА НА КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ И ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТРЫ, РЕАКЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРУ ПЕРЕХОДА В СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ
СОСТОЯНИЕ.
Электронные спектры молекул фуллерена с дефектами.
Расчет колебательного спектра.
Методика расчета
Колебательные спектры молекул фуллерена с дефектами Влияние дефектов структуры молекулы фуллерена на
свойства сверхпроводящего состояния.
Энергии гидрирования молекул фуллерена с дефектами .
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ЭНДОЭДРИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СбоС В РЕЗУЛЬТАТЕ СТОЛКНОВЕНИЙ АТОМОВ УГЛЕРОДА С
МОЛЕКУЛОЙ ФУЛЛЕНА.
Постановка задачи.
Результаты расчета .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


С другой стороны, строгие квантовомеханические методы весьма трудоемки изза большого размера системы и практически могут быть реализованы лишь на очень мощных компьютерах. Поэтому в диссертационной работе использовались в основном иолуэмпирические квантовомеханические методы метод сильной связи, с параметрами, полученными на основе вычислений из первых принципов и МПДП модифицированное пренебрежение дифференциальным перекрытием, реализованного в комплексе программ МОР АС6. Такой подход позволяет изучать как структурные, так и электронные свойства дефектов в фуллерите и представляет собой разумный компромисс между точностью и скоростью вычислений. Отдельные результаты проверялись затем с помощью iii квантовомеханических методов, таких как I vii . М. . I., i , . Использование двух близких по уровню квантовомеханических методов МПДП и метод сильной связи имеет также методологический аспект. Методика молекулярнодинамического моделирования на основе метода сильной связи, разработанная для моделирования молекулы фуллерена, обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными квантовохимическими методами. Достаточно высокая точность для систем с замкнутой электронной оболочкой применяемого метода позволяет параллельно с расчетом атомной структуры исследовать влияние дефектов на колебательный и электронный спектры. В то же время для чисто молекулярных расчетов несомненно более точна параметризация МДП, имеющая уже почти летнюю историю. Поэтому сравнение этих методов также составляло одну из целей данной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. В первой главе делается обзор основных достижений в изучении свойств фуллеренов за последние тричетыре года и определяется место диссертационной работы в общей картине исследований. При этом особое внимание уделяется описанию экспериментальных и теоретических работ, близких к теме диссертации, т. На основании обзора формулируются цели и задачи диссертационной работы, показывается новизна исследований. Во второй главе приводится описание метода молекулярной динамики, используемого в данной диссертационной работе, и делается анализ применимости для целей данного исследования ряда известных физических моделей молекулы фуллерена на основе классических многотельных потенциалов, полуэмпирических квантовохимических методов в том числе метода сильной связи и теории функционалов электронной плотности. Третья глава посвящена результатам моделирования молекулы фуллерена с эндоэдрическим атомом углерода. В этой главе различными методами исследуются устойчивые положения внедренного атома, энергии миграции атома между ними, вычисляется энергия образования такого комплекса. Показано, что уже при комнатных температурах эндоэдричсский комплекс представляет собой систему с двумя метастабильными уровнями и при определенных условиях внедренный атом может мигрировать из одной устойчивой позиции в другую. Такая ситуация подобна известному эффекту кэйджинга легкой миграции примеси в решетке более тяжелых атомов, но в данном случае все атомы одного типа. Рассчитывается структура и энергия образования других дефектов молекулы фуллерена С, С и одного из изомеров. Обсуждается влияние различных методик моделирования на полученные результаты. В четвертой главе приведены результаты расчета колебательного и электронного спектра молекул фуллерена с дефектами. На основании полученных данных производится оценка влияния, которое оказывают дефекты фуллерена на свойства сверхпроводящего состояния. В заключительном параграфе данной главы обсуждается зависимость энергии взаимодействия молекул водорода и молекул фуллерена от типа дефекта. Делается вывод, что в результате модификации поверхности с помощью атомной имплантации должна повышаться активность катализаторов на основе фуллерена. Пятая глава посвящена обоснованию возможности формирования эндоэдрических комплексов и кластеров С в результате столкновений атомов углерода с молекулами Сбо Приводятся пороговые энергии данных процессов.