1。2．2本文研究的创新点

本文首次利用Gaussian 09程序软件，采用密度泛函理论中的杂化。密度泛函方法，在6-31G基组水平上。计算了C20四聚体和C80纳米管。的几何结构，在这基础上，又全面研究了。其稳定性和物理化学性质。

（1）利用第一性。原理。优化了C20四聚体和C80纳米管的几何结构，得到多种稳定构型，并确定其基态结构。

    （2）通过计算基态性质，分析基态结构的稳定性以及随着碳笼数增加，C20聚合物的几何结构、电子性质的变化规律。

（3）通过研究红外光谱和拉曼光谱，分析各个原子在不同频率下的振动情况

第二章理论基础

2。1量子化学

量子化学（quantum chemistry）。是理论化学的一个分支。学科，基本原理和方法是量子力学，被用来研究化学问题。的一门基础学科。主要研究方向是稳态。及亚稳态分子的结构，包括结构与某些性能的关系、。分子间的相互作用和相互。反应等问题。在21 世纪，理论和计算。方法的使用越来越广泛，。理论研究与实验联系的更加紧密，由于“第一性原理”。逐步完善，人们对化学世界的探索。更有理性。第一性原理。分类为两种：一是ab-initio从头算，。它以Hartee-Fork自洽场的。计算为基础；二是密度泛函理论。（DFT）。近年来，DFT理论的应用。在计算化学领域中起到了核心作用，在计算模拟和材料合成。等方面的应用也有了明显的进展。本文对团簇的研究工作主要。是通过密度泛函理论的计算。文献综述

2。2密度泛函理论

密度泛函理论（DFT）是从头算方法中的一种解法，它的基础是量子力学和Born-Oppenheimer绝热近似。DFT最早来源于。Thomas-Fermi模型，。Hohenberg和Kohn提出了。Hohenberg-Kohn定理：即基态单个粒子密度。可以决定多粒子量子力学体系。的一些性质，而且体系的基态。总能量可以通过对试探密度。的变分来求出极小值而得到，。该定理奠定了密度泛函。理论的理论基础。而Kohn-Sham。方法实现了DFT的普遍。运用，它采用与相互作用体系相。同的单粒子密度，以及无相互作用体系。的动能来近似计算体系的动能，并把动能的剩余部。分放在交换相关泛函中。从此让密度泛函理论变成。一种不需要研究对象的实验。参数的量子力学方法。近些年来，DFT又得到了不断的改进。和广泛的应用[24-26]。

2。3 Gaussian 计算软件

Gaussian是量子化学计。算的综合软件包，它具有很多。强大的功能。该软件包括各种版本。如windows版、linux版，可以在各种型号的超级计算机、。大型计。算机甚至个人。计算机上运行。它可以计算体系。的基态或激发态的。各种性质：过渡态能量和结构、分子轨道、。原子电荷和电势、振动频率、红外和。拉曼光谱、核磁性质、极化率和。超极化率、热力学性质等。Gaussian是一款功能。强大的工具软件，用来计算研究。许多化学领域的课题，来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

第三章 富勒烯C20四聚体的结构与性能研究

3。1引言

1985年科学家首次发现C60富勒烯[27] 。并确定了其分子结构,从此富勒烯成为科学界。研究、关注的焦点。人们通过各种方法。对富勒烯团簇做了许多研究。，发现它的物理化学性质十分优良 [28-34]。碳笼在特定的条件下会发生。加成反应, 生成对应的富勒烯。聚合物团簇，这些聚合物以共价键相结合，具有很多。优良的特性，其磁性能。尤其卓越，在光电子计算机存储以及。记录信息的元器件材料中的应用。前景很好。目前，已有许多富勒烯二聚物。通过不同的方法被合成，这些分子大多呈哑铃状。Gao等[35]。研究了N2@C60二聚物的构型和电子特性，。结果发现N2@C60二聚体和C60二聚体的能隙相差不大，。但N2分子对能级的影响比较大。Kim等[36]采用理论方法研究了直线C60聚合物的电子结构和电子转移。特性，结果显示，C60聚合物以[2+2]加成方式。连接成链状，电导率比高聚物。更大。尹海峰等[37] 用理论计算方法研究了C60二聚体的等离激元激发，结果发现，当减小两个C60富勒烯。碳笼的间距时，长程。电荷转移激发模式产生红移，并有很强的吸收峰出现在在了可见光范围。内。人们对富勒烯聚合物的研究越来越广泛，这是因为它可以作为聚合物科学、纳米结构、超分子化学的模型。，但目前对高碳富勒烯的研究。比较多，对低碳富勒烯研究的很少，C20作为最小的。富勒烯分子，人们对其聚合物的研究更少。最近Javan[38]理论上研究了链状n C20（n=1~5）。聚合物的电子传输特性。结果表明随着n的增大，两个金电极。之间的链状团簇中除了2 C20以外，n C20（n=1~5）聚合物的零偏压。电导逐渐增大。戴婷婷等[39] 。在理论上。研究了C20二聚物的结构和稳定性，结果发现，和C20相比，C20二聚物的化学。和热力学稳定性更强；潘立仁研究了C20三聚体的结构和性能，结果发现，C20三聚体的化学和热。力学稳定性比C20二聚体更强。本文在前人的基础上。研究了C20四聚体的结构及其物理化学性质。虽然Javan已经研究过C20四聚体，但他不仅未研究聚合物的光谱等性质。，而且研究的构型仅限于链状结构，而我们计算的链状构型不是团簇的基态结构，而是亚稳态，它的能量比基态结构高4。734eV。本文意义就是研究基态结构及其性能，并寻找聚合物生长规律，以期为人们以后研究多个小富勒烯聚合物。提供一种理论依据和方法上的借鉴