Численное моделирование атомной и электронной структуры электрондопированных и электрондефицитных углеродных кластеров

• Автор: Кузубов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 80 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. КРАТКИЙ ОБЗОР ИНФОРМАЦИИ ПО ВОПРОСУ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

1.1. Строение фуллеренов

1.2. Обзор информации по строению электрон и дырочнодоппнрованиых соединений фуллеренов.

1.3. Тороидальные углеродные молекулы

2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Квантомеханические методы исследования

2.2. Молекулярная динамика.

2.3. Объекты, моделируемые в работе для изучения особенностей

электронной структуры в углеродных нанокластерах.

2.4. Металлокомплексы фуллерена См с двумя атомами лития, рассматриваемые в ходе работы.
2.5. Азотзамсщенные соединения фуллеренов. моделируемые в работе
2.6. Изучаемые борзамещенные соединения фуллеренов.
2.7. Тороидальные молекулы и их комплексы, рассматриваемые в ходе работы
3. ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Электронная структура фуллеренов
3.2. Строение атомной и электронной структуры электрон и дырочнодоппнрованиых фуллеренов..
3.2.1. Металлокомплексы фуллерена с атомами лития
3.2.2. Исследование азотзамещенкых соединений фуллерена Сг,о
3.2.3. Исследование борзамещенных соединений фуллерена С1.
3.3. Исследование тороидальных молекул и их комплексов с литием
3.2.1. Изучение углеродных торов
3.2.2. Эндоэдральные комплексы с литием
3.2.3. Молекулярная динамика металлокомплексов тороидальных углеродных молекул с литием
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


После экспериментального открытия, свойства фуллеренов, найденные с помощью расчетов, были подтверждены результатами электронной и фотоэлектронной спектроскопией, колебательной спектроскопией, рентгеновской и оптической спектроскопией, спектроскопией магнитного резонанса, Мессбауровской спектроскопией, различными вариантами сканирующей туннельной электронной спектроскопии и другими экспериментальными методами, с помощью которых получают информацию об аломной и электронной структуре вещества. Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения численного моделирования в области моделирования атомной и электронной структуры, а также свойств углеродных нанокластсров. Выполняемые расчеты позволяют с хорошей точностью прогнозировать свойства кластеров и интерпретировать получаемые экспериментальные результаты. Цель работы. Основными целями данной работы являются численное моделирование и последующий анализ структуры химической связи в молекулах сферических углеродных кластеров; численное моделирование атомной и электронной структуры электрон и дырочнодоппированных соединений фуллерена Сю» а также изучение атомной и электронной структуры тороидальных углеродных молекул и их металлокомплексов с атомами лития. Научная новизна. Электронная структура фуллеренов изучена достаточно хорошо, однако ряд аспеїсгов при исследовании данных объектов был упущен. В частности, строение гг -системы углеродных молекул и зависимость электронной структуры данных нанокластсров от кривизны поверхности кластера остались практически не исследованы. Другая проблема, которая была рассмотрена в работе это различия в структуре и свойствах изомеров металлокомплексов фуллеренов. В литературе широко освещены изменения электронной структуры в зависимости от природы итнеркаллируемых атомов и их количества, однако, на данный момент, достаточно мало изучены изомеры комплексов С, т. Процесс увеличения электронной плотности на углеродном каркасе, можно осуществить посредством замещения в структуре фуллеренов атомов углерода атомами эле крон нодонорных элементов. При этом встраиваемые атомы должны иметь либо неспареные электроны (как правило, с! В работе проводилось численное моделирование азотзамещенных фуллеренов. Были рассмотрены их структура, свойства, а также отличия в атомной и электронной структуре для различных изомеров соединения С^Ь^. Не меньший интерес представляют собой электрондефицитные соединения фуллеренов. Подобные структуры получаются в результате замещения атомов углерода на атомы элемента, у которого число электронов на внешней оболочке меньше, чем у углерода. В ходе работы были изучены молекулы соединений, в которых в качестве атомов заместителей использовался бор. Кроме того, изучалась зависимость электронной структуры изомеров Сот положения атомов бора. Другой проблемой, решение которой предлагается в работе, является численное моделирование методами квантовой химии и молекулярной динамики строения и свойств металокомплексов углеродных торов. Тороидальные формы углерода являются одними из наименее изученных углеродных кластеров. Такого вида молекулы были экспериментально зафиксированы в году. Они представляют собой замкнутые поверхности, состоящие из углеродных многоугольников (пяти-, шести- и семиугольники). В период с года по настоящее время в печати опубликована целая серия работ, посвященная теоретическим исследованиям тороидальных углеродных молекул. Однако, гораздо больший интерес с точки зрения особенностей электронной структуры представляют производные тороидальных молекул, в частности, их металлокомплексы. Подобная задача до сих пор не рассматривалась. Практическая ценность. Исследование особенностей электронного строения углеродных кластеров и их производных необходимо для понимания процессов, происходящих в данных объектах; правильной интерпрегацин получаемых экспериментальных результатов фотоэлекфонных спектров и других методов исследования вещества, а также возможности прогнозирования свойств, проявляемых данными объектами исследования - проводимости, химической реакцнонноспособности и т.