富勒烯衍生物的研究

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时间:2019-03-08

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要富勒烯的衍生物具有独特的结构、性质和广泛的应用前景,使之成为十几年来化学、物理学和材料学研究的热点。本文重点对富勒烯的双金属包合物Ce2@C80,具有乃对称性的C28,C40和C56小富勒烯的氮取代物以及富勒烯C70氢化物进行了理论计算研究。’采用密度泛函的理论方法对Ce2@C加进行研究。用零级近似基组(ZORA)考虑了各个原子的相对论效应,同时还采取了冻核近似的计算方法。GGA的计算结果表明,C2h’是最稳定构型,DSd构型是最不稳定构型,能量最高点与最低点之间的能量差多于1lkcal/mol,这为Ce2@C80的以后研究提供理论依据,具有

2、很重要的理论指导意义。在密度泛函B3LYP/6.31G*水平下研究了C28,C40,C56以及它们的单一氮取代物。违反独立五元环规则的小富勒烯可以通过N取代的方法来缓解相邻五元环带来的张力。N的取代位的稳定顺序为:5/5/5>5/5/6>5/6/6>6/6/6。还讨论了氮取代之后对芳香性变化。通过研究X与C70之间的相互作用以及势能面,得出X加到C70的五种不同的碳上,’从而形成C7Ⅸ自由基。在DFl侣3L删631G计算水平下,优化这五种自由基,计算反应的活化能,从化学稳定性,热力学和动力学三个方面研究了C70)(自由基的结构及其稳定性质,结果发现自由基的热力学稳定顺序

3、与动力学稳定顺序一致,证明生成C70氢化或卤化是热力学和动力学两个方面控制的结果。通过比较自由基上自旋密度的不同,推算C70X2加成产物并验证其正确性。关键字:富勒烯金属包合物;异质富勒烯;富勒烯氢化物;密度泛函富勒烯衍生物的研究TheInvestigationonFullereneDerivativesAbstractDuetothefactofthespecialstructureandgreatpotentialapplications,thefullerenederivativeshavebeingattractedintenseattentionsofphys

4、icists,chemistsandmaterialsscientists.nlestructurefeaturesandcharacteristicofCe2@Cso,thederivativesofC28,C40andC56,whichallbelongto乃symmetryandthehydrogenatedC70,areinvestigatedinthisdissertation.1)Inthispaper,theconfigurationsofCe2@}Cs0havebeeninvestigationonDFT(densityfunctiontheory)le

5、velusingAmsterdamdensityfunctional(ADF)package.111erelativisticeffectsandthefrozen.coreapproximationaretakenintoaccountbythezero-orderregularapproximation(ZORA)basissets.Interestingly,calculationresultsshowthatthemoststableCe2@Cs0configurationisCzh’,theDsaconfigurationisthemostunstablewi

6、tharelativeenergyabout11kcal/molhigherthanthe%’configuration.111ecirclemoving锄occuratroomtemperature.2、lAninvestigationonthegeometricalandelectronicstructuresofC2s,C40,C56andtheN.substitutedfullereneshasbeenperformedusingthedensity—functionaltheoryatB3LYl)/6.31G*level.Theirequilibriumstr

7、uctures,thehighestoccupiedmolecularorbital(HOMO),thelowestunoccupiedmolecularorbital(LUMO)andaromaticitieshavebeenstudied.CalculatiOIISshowthatthenitrogenatomhasatendencytosubstitutethesitewherecarboniSsharedby3pentagons.ThestabilityorderofN-substitutedfullerenesis5/5/5>5

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