雙鏈帶狀、三環(huán)管狀及籠狀硼團簇結構與成鍵分析.pdf

1、近年來，關于裸硼團簇和平面二維硼層結構的研究已受到廣泛關注。目前設計的較穩(wěn)定的二維硼層結構都是由硼雙鏈交織而成的。2014年， B400/作為首例硼球烯(即全硼富勒烯)得到實驗證明，拓寬了硼的立體化學。接著B39也在實驗上被證明，B41+和B422+作為硼球烯家族的重要成員也被相繼提出。這些硼球烯結構的一個共同點是，它們都是由硼雙鏈交織組成的。顯然，硼雙鏈是硼球烯和平面二維硼層的基本結構要素。選取合適體系對硼雙鏈結構進行研究是重要的科研

2、課題。本文工作主要分為兩部分：采用密度泛函理論和耦合簇方法，基于雙鏈體系B2nC2H2(n=2-9)，對雙鏈的幾何結構、電子結構、成鍵本質等性質進行系統(tǒng)研究；對更大尺寸的三環(huán)管狀B42及籠狀B422+進行結構預測及成鍵分析。本文主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　1.硼雙鏈可被看作是構筑硼球烯和平面硼層的一種重要的幾何結構單元。在這部分工作中，我們采用密度泛函理論和耦合簇方法，對一系列B2nC2H2(n=2-9)團簇進行了系統(tǒng)研究。B2

3、nC2H2團簇最穩(wěn)定的結構是平面雙鏈納米帶結構，雙鏈的長度為3.9-15.0?。由CMO分析，可以看出B2nC2H2(n=2-9)納米帶團簇從π共軛角度看類似于共軛烯烴，其中菱形B4單元或者三角形CB2單元等價于烯烴中的C=C雙鍵。Adaptive Natural Density Partitioning(AdNDP)分析顯示沿著此類納米帶結構存在共軛多中心π鍵。Nucleus-Independent Chemcial Shift(NI

4、CS)二維掃描圖表明B2nC2H2團簇具有沿著雙帶波動的帶狀芳香性。B2nC2H2?陰離子的光電子能譜模擬，可為將來的實驗表征提供理論依據(jù)。本節(jié)有關硼雙鏈結構的理論研究將為硼球烯和二維硼層結構的構建提供了新的思路和視角。
　　2.基于密度泛函理論計算，對B420/2+分子進行了研究。理論研究表明B42中性分子的基態(tài)為三環(huán)管狀結構，而二價陽離子B422+的基態(tài)結構則是由硼雙鏈交織而成的籠狀結構。B42三環(huán)管狀結構具有2.13 eV的

5、HOMO-LUMO能隙，該值表明三環(huán)管狀結構有較好的熱力學穩(wěn)定性。B42離域的分子軌道和Minh Tho Nguyen課題組提出的通過解筒狀結構模型的Schr?dinger方程得到的波函數(shù)是一一對應的，徑向和切向軌道電子數(shù)都符合筒狀結構模型的(4N+2M)電子計數(shù)規(guī)則。我們發(fā)現(xiàn)三環(huán)管狀結構B42具有三重芳香性，大大增強了分子的穩(wěn)定性。B42可以被看成最小的三環(huán)納米管，它是兩個雙環(huán)管狀結構B28共享一條單鏈形成，并且很可能是第一個三環(huán)管狀