Luận án Nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của một số cluster boron bằng phương pháp hóa học lượng tử

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH THƠM CỦA MỘT SỐ CLUSTER BORON BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC LƯỢNG TỬ

Ngành:

Hóa lý thuyết và hóa lý

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu cấu trúc, cấu hình electron và tính thơm của một số cluster boron tinh khiết và boron pha tạp bằng phương pháp hóa học lượng tử. Mục tiêu chính là xây dựng các mô hình thích hợp để giải thích tính thơm, một khái niệm cơ bản trong hóa học cluster nhưng thiếu định nghĩa chính xác, thông qua các phương pháp toán học nghiêm ngặt và xem xét các hình dạng hình học khác nhau.

Nghiên cứu đã làm rõ sự cần thiết phải phân biệt mô hình cổ điển Hückel và mô hình ribbon, đồng thời mở rộng các khái niệm cơ bản của mô hình ribbon. Sự phù hợp của hàm TPSSh trong việc tối ưu hóa cấu trúc chứa B và Si đã được xác minh, trong khi hàm B3LYP được khuyến nghị để mô phỏng dữ liệu thực nghiệm.

Đối với cluster boron, luận án đề xuất các mô hình tính thơm dựa trên hình dạng cụ thể của chúng. Mô hình ribbon phân loại các cluster thành ribbon thơm, bán thơm, phản thơm và triplet thơm dựa trên cấu hình electron. Đối với các cấu trúc dạng đĩa tròn, đặc biệt là cluster B70 giả phẳng, trạng thái triplet được xác định là bền nhất, và các quy tắc đếm electron tổng quát mới (4N + 2M) và (4N + 2M - 2) đã được đề xuất. Mô hình đĩa-nón hỗn hợp được giới thiệu để giải thích tính bền của các cluster hình nón như B13Li và B12Li4, trong đó B12Li8 nổi bật như một ứng cử viên tiềm năng cho vật liệu lưu trữ hydro với khả năng hấp thụ lên tới 30% mật độ trọng lượng. Cuối cùng, mô hình hình trụ rỗng được áp dụng để làm sáng tỏ tính bền nhiệt động cao của cluster B14FeLi2 dạng con quay, một cấu trúc bền, không hấp thụ ánh sáng khả kiến và có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu quang điện hoặc để tạo ra dây nano boron.

Các kết quả của luận án cung cấp những phương pháp và phát hiện mới, tập trung vào việc thiết lập các quy tắc đếm electron để xác định tính thơm của các cluster nguyên tử. Những quy tắc này được xác lập thông qua các lời giải chặt chẽ của phương trình sóng phù hợp với cấu trúc hình học của chúng, góp phần hiểu sâu hơn về tính bền nhiệt động của các cluster này và mở ra các định hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai về vật liệu mới cho các ứng dụng như lưu trữ năng lượng và xúc tác.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • A. Giới thiệu
  • B. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • C. Tính mới và ý nghĩa khoa học của luận án
• Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
  • 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
  • 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
  • 1.3. Nội dung nghiên cứu
  • 1.4. Phương pháp nghiên cứu
    • 1.4.1. Tìm kiếm đồng phân bền
    • 1.4.2. ELF – Hàm định xứ electron
    • 1.4.3. Bản đồ mật độ dòng phản ứng từ
    • 1.4.4. Bậc liên kết và điện tích nguyên tử
• Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH
  • 2.1. Cơ sở lý thuyết của hóa học tính toán lượng tử
    • 2.1.1. Phương trình Schrödinger
    • 2.1.2. Xấp xỉ Born-Oppenheimer
    • 2.1.3. Phương pháp tính toán Ab initio
    • 2.1.4. Phương pháp Hartree-Fock
    • 2.1.5. Lý thuyết hàm mật độ
    • 2.1.6. So sánh và đánh giá hàm và tập cơ sở trong DFT
    • 2.1.7. Các phương pháp Post-Hartree-Fock
  • 2.2. Các mô hình thơm cho các cluster boron
    • 2.2.1. Các quy tắc Hückel và Baird
    • 2.2.2. Tính thơm Ribbon
    • 2.2.3. Tính thơm đĩa tròn
    • 2.2.4. Mô hình hình trụ rỗng
• Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
  • 3.1. Quy tắc Hückel và mô hình ribbon: Trường hợp của các cluster B2Si3º và B3Si2ᵖ
    • 3.1.1. Đặt vấn đề
    • 3.1.2. Các tính toán hiệu chuẩn
    • 3.1.3. Mô hình tính thơm ribbon so với quy tắc đếm electron theo quy tắc Hückel
    • 3.1.4. Nhận xét
  • 3.2. Tính thơm đĩa tròn cho dạng giả phẳng của B70⁰/²⁻
    • 3.2.1. Đặt vấn đề
    • 3.2.2. Cluster giả phẳng B70⁰/²⁻
    • 3.2.3. Mô hình đĩa tròn và quy tắc đếm electron
    • 3.2.4. Nhận xét
  • 3.3. Cluster hỗn hợp lithium boron B12Lin với n = 1–14: mô hình đĩa-nón hỗn hợp cho cluster B12Li4
    • 3.3.1. Đặt vấn đề
    • 3.3.2. Khảo sát B12Lin với n = 0 – 14
    • 3.3.3. Tính bền tương đối của các cluster
    • 3.3.4. Liên kết hóa học
    • 3.3.5. Một mô hình đĩa-nón hỗn hợp
    • 3.3.6. Nhận xét
  • 3.4. B14FeLi2 và mô hình hình trụ rỗng
    • 3.4.1. Đặt vấn đề
    • 3.4.2. Tính bền của B14FeLi2 và tiềm năng ứng dụng
    • 3.4.3. Nhận xét
• Chương 4. KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG
  • 4.1. Kết luận chung
  • 4.2. Định hướng tương lai