本文選題：富勒烯及其衍生物 + X射線光電子能譜��； 參考：《山東師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：自C60在實驗上被發(fā)現(xiàn)以來,富勒烯材料一直都是科學研究的熱點。經(jīng)過三十多年的發(fā)展,富勒烯材料的基礎(chǔ)研究和實際應用都取得了長足的進步。在實驗上,越來越多的富勒烯及其衍生物體系得到制備和表征,在能源、材料、醫(yī)學等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。富勒烯是由五元環(huán)和六元環(huán)組成的全碳中空籠狀分子,其中五元環(huán)和六元環(huán)的不同排布方式使富勒烯具有眾多的同分異構(gòu)體,而且隨著碳原子數(shù)目增加,相應富勒烯同分異構(gòu)體的數(shù)目會迅速增加。因此,對富勒烯同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的表征和識別,在富勒烯研究領(lǐng)域是重要的基礎(chǔ)問題。根據(jù)獨立五元環(huán)規(guī)則(IPR),相鄰五元環(huán)結(jié)構(gòu)的存在會降低富勒烯碳籠的穩(wěn)定性而使其難以分離合成。然而,非IPR富勒烯結(jié)構(gòu)在富勒烯家族中卻占有龐大的比例,因而吸引了廣泛關(guān)注和集中研究。對非IPR富勒烯體系的研究使人們對富勒烯材料的探索更為廣闊,而且能夠進一步拓寬富勒烯材料的應用領(lǐng)域。近年來,化學家通過內(nèi)嵌或籠外修飾的方式成功捕獲、分離表征了一系列非IPR富勒烯結(jié)構(gòu),無疑對富勒烯的研究產(chǎn)生了重大的促進作用。X射線譜與體系核軌道電子的激發(fā)或去激發(fā)有關(guān),作為有效的測量技術(shù),廣泛地應用于對分子、固體以及表面等材料化學結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的研究。其中,X射線光電子能譜對應核電子被電離的過程,能定量地反映特定元素所處的不同化學環(huán)境;近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對應核電子被激發(fā)至體系空軌道的過程,能準確地提供體系空軌道的信息,進而有效地測量體系的電子結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)。研究表明,X射線光電子能譜可對不同對稱性的富勒烯同分異構(gòu)體表現(xiàn)出依賴性,而近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對富勒烯體系表現(xiàn)出較強的同分異構(gòu)體依賴性,能有效地用于對富勒烯同分異構(gòu)體的識別。在本論文中,我們利用密度泛函理論結(jié)合完全芯態(tài)空穴近似方法,分別研究了典型的小富勒烯C34、三種重要的C56同分異構(gòu)體及其氯化物以及三種重要的C66同分異構(gòu)體及相關(guān)氯化物的X射線光電子能譜和近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜。本論文的具體研究內(nèi)容和基本結(jié)果如下:1.小富勒烯c34x射線譜的理論表征:c34是一種典型的小富勒烯。我們對c34六種同分異構(gòu)體x射線光電子能譜和近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜進行了理論計算。x射線光電子能譜對六種不同的c34分子構(gòu)型表現(xiàn)出大體的依賴性,可主要用于對不同對稱性同分異構(gòu)體的識別。近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對六種c34同分異構(gòu)體表現(xiàn)出較強的依賴性,能有效地用于識別不同的c34分子構(gòu)型。另外,我們研究了c34分子中不同局部結(jié)構(gòu)環(huán)境碳原子產(chǎn)生的光譜,可以得到總光譜中譜線特征的來源。對碳原子光譜的進一步分析表明,富勒烯中碳原子產(chǎn)生的光譜不僅依賴于其周圍連接的五元環(huán)和六元環(huán),還受到其所處位置局部結(jié)構(gòu)彎曲度以及更外層多元環(huán)排布情況的影響。2.三種重要的c56富勒烯同分異構(gòu)體及其氯化物x射線譜的理論表征早期的質(zhì)譜實驗表明,c56是含量最豐富的一種小富勒烯,因而受到廣泛關(guān)注。近年來,化學家通過籠外氯化衍生的方法先后成功捕獲了c2v-#913c56、cs-#864c56和d2-#916c56三種重要的c56同分異構(gòu)體,相應的氯化物分別為#913c56cl10、#864c56cl12和#916c56cl12。我們從理論上研究了上述三種c56同分異構(gòu)體及氯化物的x射線光電子能譜和近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜。氯化物產(chǎn)生的光譜與其對應c56的光譜相比發(fā)生了顯著的變化,有效地反映了氯化對碳籠電子結(jié)構(gòu)的影響。x射線光電子能譜未對不同的分子構(gòu)型表現(xiàn)出較好的依賴性,而近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對c56及其氯化物的不同分子構(gòu)型都表現(xiàn)出了較強的依賴性,可以有效地用于對各分子構(gòu)型的識別。另外,通過研究不同局部結(jié)構(gòu)環(huán)境碳原子產(chǎn)生的光譜,我們得到了總光譜中重要譜線特征的來源,而x射線譜對富勒烯局部結(jié)構(gòu)的依賴性也得以闡明。與氯原子成鍵的碳原子產(chǎn)生的光譜和其它碳原子的光譜相比,向高能量區(qū)域發(fā)生了明顯的移動。3.三種重要的c66同分異構(gòu)體及相關(guān)氯化物x射線譜的理論表征c66是既能夠通過內(nèi)嵌原子或原子團簇又能夠通過籠外修飾衍生而獲得的幾種富勒烯之一。近年來,化學家通過在籠內(nèi)嵌入兩個鈧原子或?qū)\外氯化修飾的方式成功捕獲了三種重要的c66同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)c2v-#4059c66、cs-#4169c66和c2v-#4348c66。我們對上述三種c66同分異構(gòu)體及相關(guān)氯化物的x射線光電子能譜和近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜進行了理論研究。氯化物的光譜與c66分子的光譜相比發(fā)生了顯著變化。x射線光電子能譜對三種c66同分異構(gòu)體表現(xiàn)出了依賴性,而對氯化物的分子構(gòu)型卻未表現(xiàn)出較好的依賴性。近邊x射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對c66及氯化物的分子構(gòu)型都表現(xiàn)出了較強的依賴性,可以有效地用于對C66同分異構(gòu)體及氯化物的識別。通過對分子中不同局部結(jié)構(gòu)環(huán)境碳原子光譜的研究,總光譜中重要譜峰特征的來源以及光譜對富勒烯局部結(jié)構(gòu)的依賴性得以闡明。與其它碳原子產(chǎn)生的光譜相比,連接氯原子的碳原子光譜發(fā)生了顯著的藍移。對這些新近合成的富勒烯體系X射線譜的研究,對它們進一步的研究和應用具有重要的促進作用。本論文共由以下七章組成:第一章為引言部分,簡要介紹了富勒烯及其衍生物體系X射線譜的研究背景;第二章主要介紹了與本論文工作密切相關(guān)的基本量子化學理論;第三章主要介紹了X射線譜的理論研究方法,主要包括X射線光電子能譜和近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜的理論計算方法;第四章介紹了對小富勒烯C34同分異構(gòu)體X射線譜的理論表征工作,主要研究了利用X射線光電子能譜和近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對C34同分異構(gòu)體進行識別的有效性,同時探究了X射線譜對富勒烯局部結(jié)構(gòu)的依賴性;第五章介紹了對實驗上新近合成的三種重要的C56富勒烯結(jié)構(gòu)及其氯化物X射線譜的理論表征工作,主要研究了利用X射線光電子能譜和近邊X射線精細結(jié)構(gòu)譜對不同分子構(gòu)型進行識別的有效性,探究了氯化對富勒烯碳籠電子結(jié)構(gòu)的影響,同時研究了不同局部結(jié)構(gòu)環(huán)境碳原子產(chǎn)生的光譜;第六章介紹了對實驗上新近合成的三種重要的C66富勒烯結(jié)構(gòu)及相關(guān)氯化物X射線譜的理論表征工作,主要研究了利用X射線光電子能譜和近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜對不同分子構(gòu)型進行識別的有效性,探究了氯化物光譜與相應富勒烯光譜之間的變化,同時研究了不同局部結(jié)構(gòu)環(huán)境碳原子產(chǎn)生的光譜;第七章對本論文工作進行了全面總結(jié),并且對富勒烯及其衍生物體系X射線譜的研究進行了展望。
[Abstract]:In recent years , more and more fullerene and six - membered rings have been successfully captured and characterized by the existence of five - membered rings and six - membered rings . The X - ray photoelectron spectroscopy ( XPS ) has a strong dependence on the X - ray photoelectron spectroscopy and the near - edge x - ray absorption fine structure of c56 and chloride .

【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71

【參考文獻】

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本文編號：1751151