内嵌金属富勒烯结构与稳定性研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：叠遂日期：型竺』：!兰关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交

2、流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：盘至垦日期：垫!生6、!圣导师签名：雌．日期：型!±厶!!三万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文内嵌金属富勒烯结构与稳定性研究摘要金属内嵌富勒烯是一类将金属原子或者含有金属原子的团簇包裹在富勒烯碳笼中所形成的复杂分子，因其结构和理化性质的特殊性，一直被广泛关注和研究。近二十多年的研究历程中，量子化学计算在深入研究金属富勒烯的结构和性质方面具有独特优势，其能够快速预测热力学稳定的富勒烯异构体，并且能对这些稳定结构进行性能分析，对实验研究提供

3、理论依据，是金属富勒烯研究中不可或缺的重要手段。本文利用密度泛函理论计算，系统地研究了一系列重要的内嵌金属团簇的富勒烯分子的几何结构和电子性质，研究内容如下：(1)由于C和N原子电子密度的相似，单晶X射线衍射无法准确预测它们在富勒烯笼内的具体位置和成键方式。基于密度泛函理论，我们研究了Sc3CN@C80-Ih中内嵌团簇的结构，确定了它们最稳定的结构为C原子处在三个Sc原子以及N原子形成的准四边形的中央。结合它们的前线轨道图，红外和拉曼光谱等手段，进一步分析Sc3CN@C80-Ih的几何结构、电子结构及与Sc3NC@C80-Ib之间的关系。通过计算，Sc

4、3CN@C80-Ih较Sc3NC@C80—Ih具有大的结合能和HOM0-LuMo能隙，因此表明，sc3cN@C80-Ih在实验中比Sc3NC@C80—Ih更容易合成。但二者的红外和拉曼光谱趋于一致，对应特征峰的位置没发生变化，表明CN的具体位置对笼的整体力学分布并未产生大的影响。T万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文(2)基于DFT的方法研究了新结构富勒烯YCN@C76结构和性质，通过研究它的最稳定结构以及各种光谱性质，与内嵌金属富勒烯Sc3CN@C80-Ih进行了对比。对比发现，在sc3CN@c80—Ih构型中，内嵌团簇Sc3CN当C在中间时Sc3

5、CN@C80-Ih整体结构更稳定；而在直线型YCN@C76．19138．C2。构型中，内嵌团簇YCN当N在中间时更稳定。(3)研究了基于C80—Ih碳笼的混合三金属氮化物内嵌富勒烯Sc3．xYxN@C80(x=0—3)的最稳定的结构规律，发现它们均具有大的结合能和宽的HOM0．L切ⅥO能隙。通过计算它们的绝热电子亲和势和电离势，发现Sc3．。Y。N@C80(x=o一3)体系具有较大的绝热电子亲合能，容易被还原。通过前线轨道，基本可以定性判定它们的化合价一致，内嵌团簇均向笼转移了六个电子。红外和拉曼光谱分析，发现Sc3．xYxN@C80(x=O·3)差别

6、体现在内嵌团簇的振动部分，笼的振动基本一致。这主要是因为内嵌团簇向笼转移了相同数目的电子，所以笼的电子结构一致，振动峰就相同。而内嵌团簇由于半径不同，所受应力不同，对应会有振动峰的位置偏移。关键词：金属内嵌富勒烯，金属团簇，密度泛函理论，几何与电子结构，红外与拉曼图谱II万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文THESTRUCTUREANDSTABILITYSTUDY0NTHEENDOHEDRALMETALLOFULLERENE(EMF)ABSTRACTEndohedralmetallfhllerenes(EⅣ匝s)arekilldsofcomplexm

7、oleculesthathaVeametalatomorme词一con乞ainingclusterinsideh01low如llerenecages．Ehd匝shaVeattractedwidelyinterestingduetotheiruniquegeometricandelectronicstmctures．InthepaSttwodecades，quaIltumchemicalcomputationhaspaIrticularadVantageoninVestigatingmesn-uctunesandpropertiesofmetallo如l

8、lerenes，suchasitcancalculatetllemodynamicsstabi