巴基碗分子為基礎的複合碳納米材料的理論研究

《巴基碗分子為基礎的複合碳納米材料的理論研究》是依託西安交通大學，由黨靜霜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：巴基碗分子為基礎的複合碳納米材料的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黨靜霜
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

曲面巴基碗分子由於獨特的結構與電子特徵在主客體化學以及自組裝超分子領域具有重要的研究價值。以巴基碗分子與碳納米管以及金屬內包富勒烯相互作用機制的研究為基礎，本項目擬對新型碳納米複合材料的設計、形成機制以及物理化學性質等方面開展以下深入系統的理論計算研究。（1）研究巴基碗在碳納米管中的選擇性填充以及巴基碗分子的堆疊行為；（2）探索巴基碗-碳納米管複合物的結構和熱力學/動力學穩定性，計算碗-管複合物的態密度、電荷分布以及能帶結構，分析巴基碗分子對於不同手性碳納米管的半導體性和電子輸運性質的影響；（3）研究巴基碗-金屬內包富勒烯的主客體作用機制以及碗-籠複合物的結構、軌道、電荷分布及躍遷特性；（4）模擬巴基碗吸附後碳籠表面的複合物表面的Bingel–Hirsch反應，1,3-偶極化反應，Diels-Alder反應等環加成反應過程，研究碗分子的引入對於反應活性和反應位點的影響。

結題摘要

本項目通過量子化學方法研究了曲面碳基共軛材料及其衍生物的結構與電子性質，並在此基礎上探索了複合碳納米材料的相互作用機制。在研期間工作主要分為五部分：（1）曲面巴基碗分子與金屬陽離子的相互作用。研究了曲面π體系與金屬Li離子的cation-π相互作用，揭示了巴基碗表面金屬離子凹/凸面吸附選擇性並研究了Li離子存在下巴基碗分子表面物理化學性質的改變。（2）金屬Ti內包富勒烯的電子轉移機理。選擇了單金屬Ti內包C64作為研究對象，揭示了Ti內包富勒烯結構特殊的電子和自旋結構並且解釋其“金屬-碳籠”電子轉移機理。（3）Li離子催化下曲面環對苯撐分子的Diels-Alder反應。研究了Li離子吸附下曲面環對苯撐分子（[10]CPP）與乙炔的加成反應，為單一手性碳納米管的製備提供可靠的理論基礎（4）低維石墨烯邊緣結構形成機理。研究了無金屬催化下石墨烯邊緣六元環以及缺陷構型的生長過程，為今後以巴基碗分子為核的石墨烯生長機理研究做基礎。（5）C64富勒烯的電子結構及氯化/脫氯機理。為了研究巴基碗與富勒烯之間的主客體化學，尋找具有特殊表面性質的富勒烯分子成為研究的前提。通過密度泛函理論計算，選擇了含有稠五元環對片段的#1911C64（以下簡稱C64）作為研究對象，揭示了C64富勒烯特殊的電子和自旋結構並且解釋其衍生化機理。