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C_(20)分子异构体的结构与特性研究

张秀梅

   首先,本文研究了C_(20)三种异构体的基本结构特征,并采用HMO方法对环型,碗型,笼型三种异构体进行了稳定性比较,得到了它们的稳定性次序。然后在对C_(20)富勒烯分子了解的基础上选择了对富勒烯计算比较适合的密度泛函理论进行了所有计算。根据计算模型的需要和计算机软硬件的实际情况采用了密度泛函理论中比较常用的B3LYP方法和6-31G*基组。首先,我们对属I h对称群的C_(20)富勒烯进行了传输特性研究,然后对属于C_1对称群的C_(20)富勒烯的闭壳层基态结构为模型在高斯98上进行了结构优化,振动频率等计算,得到了属于C_1群的C_(20)富勒烯分子的能量、能级、能隙、振动光谱、电子结构等特征。它的分子轨道具有明显的离域特征,这可能是C_(20)富勒烯分子虽然违反五元环隔离规则却能够稳定存在的原因。在对C_(20)富勒烯有了更全面认识的基础上,我们又选择了迄今为止被认为是最可能稳定存在的其它几种分属D_(2h), C_(2h), D_(3d), C_2和C_i对称群的C_(20)富勒烯进行了结构优化,频率以及NBO(自然键轨道)计算并对结果进行了分析,这也是本文的主要创新点。通过对这几种对称群C_(20)富勒烯分子的能量,能级,能隙,振动光谱以及电子结构等特征进行比较发现:最短的C-C键长为0.1368nm,最长的键长为0.1538nm,都出现在属于C 2对称群的C_(20)分子中,有明显的离域特征,与从分子轨道密度图看到的C_(20)分子的离域特征一致。分属这几种对称群的C_(20)富勒烯分子能量差别很小,能量并不随对称性降低而逐渐降低,它们基本属于等能体,并且LUMO-HOMO能隙大小也基本相同。它们的热力学稳定性顺序为: C_2> D_(2h)> D_(3d)> C_i> C_(2h)。分属这五种对称群的C_(20)富勒烯分子的红外光谱特征基本一致,具有数目基本相同和强度差别较小的特征峰。NBO计算表明,在这些对称群下, C_(20)分子轨道杂化特性和电荷转移特性仅存有细微的差别。从计算结果进行理论分析,振动光谱和电荷布局分析都可以作为实验上鉴定C_(20)富勒烯分子异构类型的参考。~(13) CNMR谱图是鉴别异构类型的有力工具。……   
[关键词]:C_(20)富勒烯分子;异构体;密度泛函;能级;振动光谱;电子结构
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:江南大学2008年
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