含氢碳原子团簇的初步研究

介绍直接用激光溅射芳香化合物固态样品产生的含氢磷原子团簇离子（C_nH~＋_m），并用飞行时间质谱仪研究了其组成和结构．实验发现，在低质量区（n＝32－56）得到了具有奇偶碳原子数的含氢磷原子簇，而在高质量区（n＞100）除了得到纯碳原子簇以外，还得到了含氢碳原子簇．根据对实验结果的分析提出了两种结构模型：对低质量区的团簇，其结构为芳香基团与富勒烯笼状框架的复合体；对高质量区的团簇，其结构为蜗牛形与圆柱形的复合体．     

内嵌金属碳氮化物团簇富勒烯的稳定性与生成机理

对新结构富勒烯金属包合物的探索是富勒烯领域中的研究重点。本文从内嵌团簇与富勒烯碳笼尺寸匹配的角度出发,对基于金属碳氮化物团簇的新结构富勒烯金属包合物进行了研究。通过量子化学计算研究了M_3NC团簇(M=Y,La,Gd)内嵌在D_2(186)-C_(96)和D_2(35)-C_(88)分子中所形成包合物的稳定性和电子结构,发现富勒烯碳笼接受内嵌团簇转移的六个电子形成了稳定结构。结合文献已报道过的Sc_3NC@I_h(7)-C_(80)分子,阐明了M_3NC团簇与富勒烯碳笼之间的尺寸匹配效应,并发现D_2(186)-C_(96)、D_2(35)-C_(88)和I_h(7)-C_(80)三种富勒烯碳笼均具有五元环均匀分布的结构特点。我们对富勒烯之间的转变路径进行了研究,提出了不含Stone-Wales异构化过程的富勒烯直接生成机理,即可以通过增加碳原子的过程使五元环重排,在保持稳定性结构单元的同时转变为更大碳笼。     

从零维到三维的碳范式:碳单质概念的新发展

自18世纪石墨与金刚石的组成被确定为碳元素后,碳单质概念初步形成。然而,20世纪末期,包括C₆₀在内的富勒烯一族的发现突破了人们对碳单质的认识。随后,碳纳米管、石墨烯以及人工合成的T-碳的出现,重新诠释了碳单质的概念。碳单质的新发现,建立了从零维到三维的碳范式,掀开了对“碳单质”研究和应用的新篇章。     

碳团簇的结构及其演进

碳团簇是一种新型的碳材料,自20世纪80年代被发现以来,就以其独特的结构和优越的性能而在科学界掀起了研究狂潮。碳团簇的范畴非常广泛,小到气相中的单个碳原子,大到富勒烯、碳纳米管、碳纳米锥、石墨烯等都可以看作是碳团簇的存在形式。研究碳团簇的结构及其演进,解开碳团簇形成机理之谜,对开拓新型碳团簇材料的结构和应用都具有重要意义。本文对碳团簇的结构及其演进过程进行了回顾,并概述了目前碳团簇的合成方法、碳团簇结构的表征手段以及碳团簇演进的研究现状。     

漫话碳的同素异形体

本文主要介绍了至今发现的碳的多种同素异形体,如已知结构的六方石墨和三方石墨、立方金刚石和六方金刚石尚在研究之中的富勒烯碳原子簇和一些结构尚未确定的碳晶。     

非金属元素的同素异形体(二)——再谈碳的同素异形体

以“同一元素的不同形态的纯单质互称同素异形体”来定义,对数目众多的碳的同素异形体进行了归纳,它们可分为石墨、金刚石、富勒烯碳原子簇和新型纳米材料等4类。简要叙述了各种同素异形体的存在、组成、结构、制备、性质,并强调了计算化学对同素异形体的预测和现代科学技术发展对制备的作用及其在材料中的应用。     

碳原子簇的结构与质谱的关联（Ⅱ）

根据出现在质谱中的各种大小的碳原子簇的相对丰度,分析了由激光产生的碳原子簇离子的统计分布,研究了这些统计分布与碳原子簇结构的关联。研究结果表明：相同构型的原子簇的相对丰度可以由同一条对数正态分布曲线来描述,由此能够获得碳原子簇构型的变化情况。质谱中分布曲线的数目对应于具有不同构型或不同结构稳定性的原子簇的数目。如果某些簇离子的谱峰明显地高出分布曲线,它们的结构应特别稳定,其成簇原子数就是所谓的“奇幻数”（ｍａｇｉｃｎｕｍｂｅｒ）,例如在石墨质谱中的Ｃ＿（６０）就属于这种情况。原子簇的统计分布还与它们的生成过程有关,由此可能揭示出原子簇的产生机理。     

碳素多面体原子簇

以C_(60)及C_(70)为代表的碳素多面体原子簇是一类由五元及六元碳环多边形相互连接构成的封闭中空球状或类球状碳素分子。原子簇中每个碳原子均与相邻另三个碳原子以σ键连接;此外所有碳原子各自贡献一个剩余的价电子以形成离域球面大π键。这类碳原子簇具有典型的芳香性。由于独特的结构,C_(60)及C_(70)有着不同寻常的光谱、波谱,化学及电化学性质。已发现C_(60)的碱金属掺杂化合物表现出半导体及超导体行为。     

硅与碳、磷、硫、氧的二元簇离子的激光产生

通过在自制仪器上发生的激光等离子体反应, 产生了硅与碳、磷、硫、氧等非金属元素形成的二元原子簇离子, 记录了它们的飞行时间质谱。根据对这些簇离子的组分的分析, 认为在硅碳簇离子中碳原子形成直链, 硅原子位于链端; 硅硫簇离子中的硅原子向一维伸展, 通过硫原子桥连一起; 硅磷簇离子则主要来取多面体的构型。所有成簇硅原子的价电子在各簇离子中都充分参于成键。     

富勒烯和碳纳米管稳定性与形成机理的图形理论定性研究

应用图形理论对不同种类碳簇体系的Kekulé结构数进行了计算, 并在半经验方法(AM1)和密度泛函理论(DFT)水平上，讨论了不同种类碳簇的结构与稳定性. 基于Kekulé结构计数, C-Cσ键数, 富勒烯的表面曲率和能量, 对石墨碎片的卷曲行为以及富勒烯的形成机理进行了讨论. 研究结果表明石墨碎片的卷曲, 一端闭合, 到完全封闭, 可以减少结构中的悬键; 随着新的C-Cσ键生成, Kekulé结构数将急剧地增加, 特别是大的富勒烯和碳纳米管, 这种增加更为显著. 大量Kekulé结构间的共振使体系获得显著的共振稳定化能, 稳定具有张力的富勒烯和碳纳米管, 并驱动平面碳簇结构向闭合结构的转化. 对于Kekulé结构数相近的碳笼, 表面曲率对曲面结构的稳定性有重要的影响. 把Kekulé结构计数和表面曲率结合起来, 可以合理地理解球形笼状富勒烯、闭合纳米管和类“洋葱”型结构等高碳簇在热力学上的稳定性.     

新型内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的合成、结构与性质*

内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的发现极大地扩展了内嵌富勒烯家族。内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯是一类新型的内嵌富勒烯,其内嵌物为由2-3种不同的金属组成的氮化物原子簇。本文首先介绍了新型内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的发现、合成和分离方法,并对目前所分离出来的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯进行了分类。然后总结了目前所报导的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的结构表征手段,对于不同的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的分子结构分别进行了阐述。最后着重讨论了内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的特殊电子性质以及物理和化学性质。本文还对内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯潜在的应用前景作了展望,在内嵌具有不同物理性质的两到三种金属原子的基础上,所形成的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯有可能兼具不同金属原子各自的性质,从而成为多功能综合的功能材料。     

Fullerenes分子的键构规则

Fullerenes分子是科学家在研究碳原子簇过程中发现的一类崭新的有机分子,简单情形是C_(60)。Fullerenes及其衍生物为碳化学打开了—个广阔天地,同时也为固体物理学提供了一个新的研究领域。它还将为材料科学带来新的机会。尽管化学家和物理学家为这类新奇的原子簇勾画了许多理论图象,但关于其键构的—般性规则的研究仍然太少。本文将在     

碳和硼的笼状原子簇及其关系

碳笼烯C_(60)的发现及碳笼烷C-(60)H_(60)的制备,激励人们去探索合成新的碳元素类似物和其它元素的类似物。本文利用碳和硼的笼型烷烃的化学键和几何特征,讨论碳和硼的笼状原子簇骨架的共轭关系,推导其中一些高对称化合物的原子数和几何结构,并讨论其稳定性。 1 碳和硼的笼状原子簇骨架的共轭关系     

足球烯——新发现的一种单质碳分子

由60个碳原子组成的一种碳分子已在实验中发现.它是石墨和金刚石的同素异形体,但具有一个确定的组成.在这种C_(60)的分子中,60个碳原子构成像足球一样的32面体,碳原子处于该多面体的顶点,因此称之为“足球烯”.足球烯的量子化学研究结果,特殊的物理性质,和应用前景,已开始引起重视.     

硼碳团簇BnC2 (n＝1～6)的理论研究

应用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G(d)水平上研究了硼碳团簇B_nC₂ (n＝1～6)的几何结构、生长机制和相对稳定性. 计算结果表明, 对于n＝2～6的簇, 平面多环状构型为最稳定的结构, 其中C原子分布于环的顶点、有尽可能多的三配位硼原子和尽可能多的B—C键. 碳原子作为杂原子倾向掺杂于团簇的顶点位置, 它的掺杂不改变硼团簇的主体结构. 与平面多环状结构相比, 随着簇尺寸的增大, 三维结构和线性链结构更不稳定. 在低能线性结构中, C原子位于链两侧的第二个位置. 计算的碎片分裂能、递增键能以及HOMO-LUMO能隙表明, B₄C₂为幻数簇.     

少层石墨双炔薄膜的液相范德华外延生长法

<正>新型低维碳材料的探索与制备是纳米碳材料领域的重要挑战。石墨炔(Graphyne)是一种二维(2D)碳的同素异形体材料1,由sp和sp2两种杂化态的碳原子共同构成,在二维平面内具有均一分布的孔洞结构,因此具有与富勒烯(0D),碳纳米管(1D)和石墨烯(2D)完全不同的电子结构和骨架结     

碳原子簇的结构与质谱关联

在自制的仪器上以脉冲激光蒸发和电离单质碳样品,可以产生各种大小的碳原子簇正负离子。这些原子簇的飞行时间质谱可以直接与Hückel规则、Euler定理等相关联。而由此分析得出,随着碳原子簇的增大,它们所经历的各种基本几何构型的转化。     

诺贝尔奖宠儿——碳元素的前世今生

碳元素历史悠久,与现代人类社会联系紧密,对人类未来意义重大,多次斩获诺贝尔奖。在揭开碳元素的发现史之后,介绍了活性炭、碳纤维、玻璃碳等无定形碳以及热解炭等过渡碳的重要作用。此外,晶形碳的经典同素异形体--C60富勒烯、碳纳米管、石墨烯的独特结构造就了其在纳米材料领域的非凡用途;新型同素异形体的合成、发现与应用更是碳元素研究领域的热点。     

含平面配位碳的过渡金属烃配合物MnHnC密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了含平面配位碳中心的过渡金属配合物M_nH_nC(n=4,M=Ni,Pd,Pt;n=5,M=Cu,Ag,Au)的结构和稳定性,发现平面四配位碳满足八隅律规则,而平面五配位碳与过渡金属配体形成部分离子键.同时讨论了形成含两个或多个平面四配位碳中心的链状配合物M_(2n 2)H_(2n 2)C_n的可能性.     

C60RuH2(CO)(PPh3)配合物的合成和氧化还原性能研究

自从1985年Kroto等人发现C60等碳原子簇以来,在化学、物理以及材料科学掀起了富勒烯的研究热潮。目前富勒烯配合物的制备及其性质的研究是富勒烯化学最为活跃的研究领域之一,人们正致力于探索富勒烯各类衍生物的结构与性质之间的依赖关系,以期合成出具有特殊性能的富勒烯配合物,为富勒烯的实际开发应用奠定基础。本文合成表征了C60RuH2(OH)(PPh3)配合物,研究了其氧化还原特性。