《內嵌金屬富勒烯結構和化學反應性的理論研究》是依託西安交通大學，由趙翔擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內嵌金屬富勒烯結構和化學反應性的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙翔
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
研究內嵌金屬富勒烯的內嵌金屬原子與碳原子、金屬與金屬之間的相互作用有助於深刻理解內嵌金屬原子（團簇）對碳籠的穩定化作用。本項目擬首先使用量子化學與統計熱力學結合的方法研究內嵌金屬富勒烯的穩定性，以確定它們的幾何結構。然後，使用NBO理論和AIM方法揭示金屬-金屬、金屬-非金屬原子之間的相互作用類型，並在此基礎上表征鍵合作用中離子組分和共價組分的大小，修正現有離子模型，比較完整和準確地揭示內嵌金屬富勒烯的電子結構和金屬-金屬、金屬非金屬原子之間的成鍵特徵。最後使用DFT方法比較一系列內嵌金屬富勒烯上不同類型碳原子或碳-碳鍵上各種化學反應（D-A反應、[2+2]苯炔加成、1,3-偶極環加成、Bingel-Hirsch加成等）的活性差異，揭示內嵌金屬（團簇）對碳籠化學反應性的影響。在此基礎上，我們將利用相關反應設計一些內嵌金屬富勒烯衍生物，並期望它們能實現高效光電轉換或內嵌金屬富勒烯的主鏈聚合。
結題摘要
本項目通過從頭算密度泛函理論對新型內嵌金屬富勒烯的熱力學穩定性、幾何結構、理化性質、主客相互作用機制進行了詳盡的研究。本項目在研期間的主要工作包括：（1）通過密度泛函理論結合統計熱力學分析探究了新穎金屬富勒烯（Sc2O@C78、La2C96、Th@C76、Sc2C70、VxSc3-xN@C80、Ti2C2@C82、Sc3X@C80 (X = C, N, and O)、Sc2UN@C80 and Sc2UC@C80、U@C80、U@C2n(70≤2n≤74)）的熱力學穩定性；（2）使用自然價鍵軌道分析和分子中原子的理論對以上提到的金屬富勒烯中金屬與主族碳之間的相互作用進行研究，揭示了其離子鍵和共價鍵的本質，這將對金屬富勒烯的離子模型做進一步修正；（3）基於反應動力學以及熱力學分析，揭示了金屬富勒烯表面上的化學反應機理，主要包括Diels-Alder反應、[2+2]苯炔加成、1，3-偶極反應、Bingel-Hirsch反應等，並提出了影響反應位點選擇的決定性因素，揭示了#1911C64的氯化和脫氯分別受動力學和熱力學兩方面的控制；（4）通過密度泛函理論設計新穎的、高效的主體分子O6-corona[6]arene納米環，它可以通過非共價相互作用（π-π作用）對富勒烯C60和C70進行有效識別。
