基于密度泛函理論和含時密度泛函理論下 富勒烯B24N24光譜性質研究

郭雅晶 庫雁兵 李秀燕

摘 要 ???：本文在B3LYP/6-31g（d）基組水平上，利用密度泛函理論（DFT）優化了B ?24N ?24團簇的幾何和電子結構. 研究結果表明，優化所得B ?24N ?24團簇的幾何結構對稱性分別為S ?4、C ?2、S ?8和O；在基態穩定結構基礎上，得出其輸運性質，既非p型輸運材料，亦非n型輸運材料，即不具有輸運性質；在優化好的基態結構基礎上，又研究了它的紅外和拉曼分子振動譜，四種團簇的紅外-拉曼振動譜的振動強度排序均為O>S ?8>S ?4>C ?2；隨后采用含時密度泛函理論（TDDFT），同樣在B3LYP/6-31g（d）基組水平上，計算了這四種物質在CH ?2Cl ?2溶劑中的UV-Vis吸收譜特性，研究表明躍遷能級數量越多，吸收譜振動強度越強，并且這些分子的紫外-可見吸收譜的振動強度排序為S ?4>C ?2>S ?8>O.

關鍵詞 ：含時密度泛函理論； 紅外； 拉曼； 密度泛函理論

中圖分類號 ： O561 文獻標識碼 ：A DOI ： ?10.19907/j.0490-6756.2023.045002

收稿日期： ?2023-02-24

基金項目： ?國家自然科學基金（11804246）；山西省科技廳基礎研究計劃面上項目（202203021221214）

作者簡介： ??郭雅晶（1986-）， 女， 山西太原人， 碩士， 高級實驗師， 主要研究方向為凝聚態物理新型低維材料. ?E-mail： guoyajing58@163.com

DFT and TDDFT study on spectra of B ?24N ?24 fullerene

GUO Ya-Jing ?1， KU Yan-Bing ?2， LI Xiu-Yan ?3

（1. Department of Physics， Taiyuan Normal University， Jinzhong 030619， China;

2. Shanxi Road and Bridge Construct Co.， LTD.， Lüliang 033000， China;

3. College of Physics and Optoelectronics， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China）

The geometrical and electronic structure of B ?24N ?24 are optimized by using density functional theory （B3LYP） at the 6-31g（d） level. The results show that the geometrical structure symmetries of the optimized B ?24N ?24 clusters are S ?4， C ?2， S ?8， O. Based on the stable structure of the ground state， it is concluded that its transport properties are neither the p-type transport material， nor the n-type transport material， so， they have no transport properties. On the basis of the optimized ground state structure， the IR-Raman spectra of the four clusters were obtained. And the order of vibrational intensity for the IR-Raman spectra of the four clusters is O>S ?8>S ?4>C ?2. The Time-Dependent Density Functional Theory （TDDFT） was also used at the B3LYP/6 -31 g （d） level， the UV-Vis absorption spectra of these four compounds in CH ?2Cl ?2 were calculated， the results show that the more transition energy levels， the stronger the vibration intensity of the absorption spectrum. The vibrational intensities of the UV-Vis absorption spectra of these molecules are sorted as S ?4>C ?2>S ?8>O.

Time-dependent density functional theory; Infrared; Raman; Density functional theory

1 引 言

由于富勒烯及相關類富勒烯納米籠形結構具有潛在的電學、光學和磁學應用價值，人們對該類物質進行了深入研究 ?［1］. Radowan等 ?［2］對富勒烯團簇及其衍生物進行了研究.這引起了人們對（BN） ??n 類富勒烯結構特殊性質繼續研究的興趣. 與富勒烯C ??n 相比，（BN） ??n 具有良好的物理穩定性和化學惰性 ?［3］. 作為富勒烯C ??n 的等電子類似物，帶隙能約為6 eV，且具有高能帶、低溫超導性、抗氧化性和較高的熱力學穩定性等獨特的物理化學性質 ?［4］. 除此以外，Stephan等人 ?［5］在納米材料的電子輻射下合成了單層及嵌套的（BN） ??n （ n =12， 16， 28）物質；Oku 等人 ?［6］通……