بررسی تئوری خواص ساختاری، الکترونی و نوری بور فولرن های اندو تری نیتریدهای فلزی

در این تحقیق پایداری فولرن های بور مورد بررسی قرار گرفته است. بهینه سازی ساختار مولکول ها با روش b3lyp و در یک مورد با روش b3pw91 و مجموعه پایه (d)6-31g برای تمام اتم ها به جز اتم فلز واسطه (اتم فلز واسطه مجموعه پایه lanl2dz همراه با پتانسیل موثر هسته (ecp)) انجام شده است. نظریه dft وابسته به زمان (tddft) برای محاسبه خواص نوری کمپلکس ها با روش محاسباتی cam-b3lyp به کار برده شده است. محاسبات با استفاده از نرم افزار g09 انجام شده است. در بخش اول جهت انتخاب مناسب ترین قفس فولرنی برای کپسوله سازی فلز و کلاستر فلزی پنج فولرن با تقارن های c1، c2، ci، c2h و d2h مورد بررسی قرار گرفته است. در میان این پنج فولرن، فولرن b80 با تقارن d2h به دلیل داشتن بیشترین انرژی پایداری پایدارترین قفس خالی از دیدگاه ترمودینامیکی شناخته شده است؛ اما به دلیل نداشتن فضای مناسب قفس جهت به دام اندازی فلز و کلاستر فلزی انتخاب نشده است. از طرفی فولرن b80 با تقارن c1پایدارترین قفس از دیدگاه سنتیکی شناخته شده است؛ زیرا دارای شکاف انرژی بیشتری نسبت به سایر فولرن ها ی بررسی شده می باشد و بنابراین واکنش پذیری کمتری دارد. پس فولرن b80 با تقارن c1 به عنوان مناسب ترین قفس انتخاب شده است. در بخش دوم کپسوله سازی فلز به عنوان روشی جهت بررسی پایداری فولرن ها مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی تاثیر نوع فلز کپسوله شده بر روی پایداری و خواص ساختاری والکترونی فولرن ها، فلزات لیتیم و برلیم در فولرن b80 قرار داده شدند. مقایسه شکاف انرژی نشان داد که شکاف انرژی کمپلکس be@b80 نسبت به فولرن b80 خالی اندکی بزرگ تر شده و بنابراین واکنش پذیری کمتری دارد. این در حالی است که شکاف انرژی پس از به دام اندازی فلز لیتیم در فولرن b80(c1)کاهش یافته و منجر به افزایش واکنش پذیری شده است. همچنین از بین دو کمپلکس li@b80 و be@b80 شکاف انرژی برای کمپلکس be@b80 بیشتر و بنابراین از دیدگاه سنتیکی پایدارتر است. مقایسه انرژی پایداری دو کمپلکس li@b80 و be@b80 نشان از پایدارتر بودن کمپلکس li@b80 از دیدگاه ترمودینامیکی است. پس در مقایسه پایداری دو کمپلکس li@b80 و be@b80 دو دیدگاه سنتیکی و ترمودینامیکی همسو نخواهند بود. در بخش سوم بررسی اثر به دام اندازی کلاسترهای فلزی la3n، sc3nو sc2c2 بر پارامتر های ساختاری، الکترونی و نیز بر روی پایدار ی فولرن b80 با تقارن c1، صورت پذیرفته است. نتایج نشان داد که کپسوله سازی کلاستر نیتریدی sc3n نسبت به نوع کاربیدی آن ( sc2c2) در فولرن b80 کاهش کمتری در شکاف انرژی ایجاد خواهد کرد و بنابراین واکنش پذیری کمپلکس sc3n@b80 نسبت به کمپلکس sc2c2@b80 کمتر خواهد بود. همچنین در بین کمپلکس های sc3n@b80و la3n@b80 کمترین کاهش در شکاف انرژی و به دنبال آن کمترین واکنش پذیری متعلق به کمپلکس sc3n@b80 خواهد بود. از مقایسه انرژی های پایداری این نتیجه به دست آمد که به دام اندازی کلاستر نیتریدی sc3n نسبت به نوع کاربیدی آن ( sc2c2) در فولرن b80(c1)انرژی پایداری منفی تری به دست خواهد داد. پس ترمودینامیک کمپلکس sc3n@b80 را پایدارتر از کمپلکس sc2c2@b80 معرفی می کند. در بین دو کمپلکس la3n@b80 و sc3n@b80نیز انرژی پایداری بیشتر کمپلکس sc3n@b80 آن را به لحاظ ترمودینامیکی پایدارتر می سازد. پس هر دو زمینه ترمودینامیکی و سنتیکی همسو با هم کمپلکس sc3n@b80 را پایدارترین کمپلکس معرفی می نمایند. نتایج حاصل از محاسبات tddft نیز نشان داد کمترین طول موج ماکزیمم متعلق به کمپلکس sc3n@b80 بوده است.