新型硼元素富勒烯的功能化应用研究

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1、中山犬訾博士后研究工作报告论文题目新型硼元素富勒烯的功能化应用研究作者姓名奎丝坠流动站名称堑堡堂研究方向纳盎挝牡当纳基缱掏联系导师垫圉焦筮篮中山大学2010年6月新型硼元素富勒烯的功能化应用研究l8e630lStudyonthefunctionalizationofthenovelboronfullerenefortheapplications博士后姓名奎丝坠流动站(一级学科)名称堑墨堂专业(二级学科)名称——研究工作起始时间垄QQ璺生Z旦研究工作期满时间垫!Q生Z旦中山大学2010年6月中文摘要}I

2、IIIII}lllIIIIIIIIIf＼1779318目前，由于信息技术飞速发展的需要，传统的微电子器件正朝高度微型化、集成化的纳米器件方向发展。低维纳米材料(包括二维(2D)纳米薄膜、一维(1D)纳米线及纳米管和零维(OD)纳米颗粒)在纳米电子器件、纳米光电器件、纳米分子器件和高密度非挥发性存储器件等工程领域具有巨大的应用前景。为此，最近几年，发展新型低维纳米材料成为纳米材料学和纳米电子学领域最新兴和前沿的研究热点。各国科研工作者对此开展了一系列的研究，如金属Au富勒烯、非金属Si富勒烯、Si-C异

3、质类富勒烯团簇以及一系列的一维纳米结构等。人们期待通过各种理论和实验探索合成更多更具优越性能的新型功能材料与纳米器件。硼在元素周期表中与碳“最近邻”，一直以来，对硼纳米管和硼团簇的研究得到了尤为广泛的关注，科学家试图得到类似于碳家族的更具优越性能的低维硼家族纳米材料。硼具有优良的物理化学性能，如稳定性高，密度低，熔点高，硬度接近于金刚石，具有高的拉伸强度和杨氏模量等。低维硼纳米结构材料可望在场发射材料、纳米电子学、感应器件、超导等多个领域都具有广泛的应用前景。较早的研究表明，几乎所有的硼纳米管都呈现金

4、属性，这一特点和碳纳米管的导电性随螺旋结构和半径的变化而改变不同，说明硼纳米管是一种非常具有竞争力的纳米导线。此外，研究表明，硼纳米管还可能具有超导性，并具有较高的临界温度，这一特性的应用将对超导纳米计算机的最终出现具有重要意义。这些可与碳纳米管相媲美甚至更为优越的物理特性使得以硼纳米管和硼富勒烯为代表的低维硼纳米材料在纳米电子器件和纳米光电子器件、单分子器件等方面具有巨大的研究价值。因此，深入开展硼纳米材料的功能化应用研究对其向技术应用领域的推进相当重要。作者从事博士后期间的研究工作，正是由此而展开

5、的。我们开展了富勒烯过渡金属包合物的电子特性和磁学性能研究。结果发现金属磁性原子可以稳定的存在硼笼里几个特殊位置，同时，复合体系的磁矩随着杂质原子位置的不同而出现二元性特点，这一发现与已有的关于碳富勒烯类似的研究结果完全不同，对于该材料在磁性存储和磁性开关方面的应用具有重要的意义。另外，我们还开展了硼富勒烯的碱土金属外壁修饰功能化及其络合物作为储氢材料的计算模拟研究。研究发现，所选择的碱土金属原子能够以适当数目稳定的均匀分布在硼富勒烯的表面。金属原子与硼笼之间的电荷转移以及由此而激发的电场能够对氢分子

6、有较强的吸附作用而不导致氢分子的分解，从而达到了很乐观的可逆储氢重量密度。这对于硼富勒烯作为储氢材料的应用具有重要意义。关键词：硼富勒烯；功能化；电子结构；磁学性能；密度泛函理论IIABSTRACTInrecentyears，motivatedbytheextensivelytechnicalapplicationsofcarbonnanotubeandfullerene，thereisagrowinginterestinexploringnovelnoncarbonnanostructures．As

7、thenearestneighborofcarbonintheperiodictable，boronelementseemstobethemostreasonableandpromisingoneforformingnovelnanomaterials．Boronhasexceptionalpropertiesoflowvolatilityandhighmeltingpoint；itisstrongerthansteel，harderthancorundum，andlighterthanaluminu

8、m．Consequently,boronnanostructuresorboroncontainingmoleculesarealsoexpectedtohavespecialpropertiesandbroadapplicationsinvariouscircumstances．Inthepasttwoyears，anumberofremarkableworksonboronnanostructureshavebeenreported．Amongthe