第62卷第5期厦门大学学报(自然科学版)Vol.62No.52023年9月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Sep.2023http:∥jxmu.xmu.edu.cndoi:10.6043/j.issn.0438-0479.202205046[5,5]富勒管C80-D5d(1)生长机制的密度泛函理论研究刘星,尹凡华,谭凯*(厦门大学化学化工学院,福建省理论与计算化学重点实验室,福建厦门361005)摘要:采用密度泛函理论(DFT)计算模拟了从符合独立五元环规则(IPR)C70-D5h(1)富勒烯出发,经历C2插入反应生成C80-D5d(1)的过程.计算结果揭示了这样自下而上的七元环路线是动力学有利的路径,它仅通过Endo-KrotoC2插入,避免了高能垒的斯通-威尔士转变.该研究为理解富勒管和纳米管的生成提供了新的思路.关键词:富勒管;七元环路径;密度泛函理论中图分类号:O643.12文献标志码:A文章编号:0438-0479(2023)05-0801-06收稿日期:2022-05-31录用日期:2022-07-06基金项目:国家自然科学基金(21931009)*通信作者:ktan@xmu.edu.cn引文格式:刘星,尹凡华,谭凯.[5,5]富勒管C80-D5d(1)生长机制的密度泛函理论研究[J].厦门大学学报(自然科学版),2023,62(5):801-806.Citation:LIUX,YINFH,TANK.Adensityfunctionaltheorystudyoftheformationmechanismof[5,5]fullertubesC80-D5d(1)[J].JXiamenUnivNatSci,2023,62(5):801-806.(inChinese)在过去的几十年里,从零维的富勒烯[1]、一维的碳纳米管[2]、二维的石墨烯[3],到三维的碳纳米锥[4],新型碳纳米材料不断被发现,受到越来越多的重视.制备这些性能迥异维度不同的碳纳米材料都可以使用电弧放电方法,它们的生长演化过程显然有共通之处.如能找到它们之间的联系就能制备出综合各种优越性能的材料.2020年谢素原课题组和Stevenson课题组从电弧反应得到的碳灰中分离出了一系列纯的富勒管C96-D3d(3)、C90-D5h(1)和C100-D5d(1),通过X射线衍射分析表征了富勒管精确的分子结构,是由前后两个“半富勒烯”的帽端和中间全六元环的碳纳米管组成的全碳分子,是零维富勒烯和一维碳纳米管的“连接点”和桥梁[5].随后,Stevenson和Dorn课题组发现纵横比仅为1.5~2.0的[5,5]富勒管是金属性的,可以表现出独特的电子特性[6].由于电弧提取物中高碳数富勒管的丰度低和结构异构体的多样性,科学家通过外部衍生化或内嵌以达到捕获和提纯富勒管的目的[7-13].例如2014年Troyanov课题组[14]通过电弧放电分离出碳灰,在VCl4或SbCl5存在下低温氯化获得C100(1)Cl12,其结构是12个氯原子加到C100富勒管的帽端.接着他们[15]又合成和分离了类似结构的富...
