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碳量子点的电子结构计算

发布时间:2014-07-01

 碳团簇是化学界的超级明星材料,因其明显的量子尺寸效应,带来了优异的物理和化学特性。本实验基于从头计算理论,采用DMol软件包计算碳纳米团簇的几何结构特性及电子结构性质,获得碳量子点的电子结构信息。

实验内容
    计算在lda泛函下进行,以C3为例,确定参数设置,C3结构示意图及优化参数设置界面如图1所示。

a. C3团簇的实验C-C键长为1.29 ?,本仿真通过自洽计算,优化C-C键长1.286 ?(图1)。所得结果与实验值误差很小,证明所选计算参数是正确的。
b. 利用结构优化的C3团簇模型,计算其前线轨道(HOMO和LUMO轨道图)和形变电荷密度。图2所得结果显示C-C为共价键。通过前线轨道图可以看出,最高占据轨道(HOMO)主要是碳的p和s电子贡献,而最低未占据轨道(LUMO)主要是碳的p电子贡献。所以与外部分子作用时,碳的p电子起主要作用。



c. 基于C3团簇模型,计算其红外振动谱图(图3)。同样的操作界面下,选择不同的模拟计算内容,获得C3团簇的拉曼谱图(图4)。通过拉曼图结果可知C3团簇在紫光范围内有比较明显的吸收峰。通过拉曼及红外谱能鉴别这样一种分子。




功能及效果
  本实验学习用DMol软件计算碳团簇的电子结构及谱学特性,根据所得信息对材料进行表征,并了解软件在谱学计算方面的应用。真实实验中由于杂质等原因,对材料的鉴定往往与真实的材料属性有一定偏差,而理论计算与模拟不存在上述问题,因此谱学计算与理论表征是鉴别量子点的关键手段。



实验视频