內(nèi)包金屬富勒烯結(jié)構(gòu)與性能的密度泛函研究.pdf

1、1991年，宏觀量的La@C82首次成功制備，掀起了內(nèi)包金屬富勒烯(EMF)的研究熱潮。EMF在電子學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景，已成為富勒烯研究的一大熱點(diǎn)。近年來(lái)，EMF研究主要集中于堿金屬、堿土金屬、過(guò)渡金屬內(nèi)包于較大碳數(shù)富勒烯所形成的包合物，較小富勒烯包合物由于實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差等原因研究較少。迄今M@C36內(nèi)包的金屬有堿金屬和堿土金屬，其導(dǎo)電性和化學(xué)反應(yīng)活性有所降低，而過(guò)渡金屬還未見(jiàn)報(bào)道。本課題對(duì)過(guò)渡金屬Y,Zr,Nb

2、，Mo內(nèi)包于C36所形成的EMF進(jìn)行密度泛函(DFT)研究，探討過(guò)渡金屬內(nèi)包于C36后的最佳構(gòu)型及穩(wěn)定性；以及對(duì)性能的影響規(guī)律。 計(jì)算方法：采用密度泛函方法。比較不同計(jì)算參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，確定最佳參數(shù)設(shè)置。能量計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化：Dmol3模塊；GGA/PW91組合；DND基組；中等精度等。性能計(jì)算：CASTEP模塊；GGA/PW91組合；Ultrasoft贗勢(shì)；倒易空間；中等精度等。 M@C36(M=Y,Zr,Nb，M

3、o)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性：比較不同計(jì)算途徑的計(jì)算結(jié)果，確定結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程為：通過(guò)能量計(jì)算，找到各M@C36最低能量構(gòu)型，對(duì)其優(yōu)化得到最佳結(jié)構(gòu)。能量計(jì)算表明：隨著金屬原子從籠表面向中心移動(dòng)，M@C36能量基本呈下降趨勢(shì)；距中心相同距離時(shí)，金屬原子位于Z軸M@C36能量最低。構(gòu)型計(jì)算表明：Y位于籠中心最穩(wěn)定，Zr,Nb，Mo的穩(wěn)定位置則分別在Z軸上偏離中心約0.08nm，0.10nm，0.12nm處；M@C36局部發(fā)生畸變，平均直徑有所增大，但保持完

4、整籠型結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性計(jì)算表明，從能量及結(jié)構(gòu)角度而言，M@C36較C36更穩(wěn)定。 M@C36(M=Y,Zr,Nb，Mo)性能：電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明：Y,Nb摻雜使得C36禁帶窄化，化學(xué)反應(yīng)活性及導(dǎo)電性提高；Zr,Mo使其寬化，化學(xué)反應(yīng)活性及導(dǎo)電性有所降低；M@C36均可成為半導(dǎo)體材料。電荷計(jì)算表明，金屬原子與碳籠之間的電子遷移，使得金屬原子親電能力增強(qiáng)，碳原子疏電能力增強(qiáng)。電子吸收譜計(jì)算表明，摻雜使得C36吸收峰位置略有藍(lán)移，吸收強(qiáng)度有