碳纳米环卟啉复合物的结构与光谱性质
毕业论文关 键 词 ： 碳纳米环卟啉复合物、弱相互作用、前线分子轨道、电子吸收光谱、DOS、密度泛函理论
Abstract：Density functional theory (DFT) B3LYP method on 6-31G* basis set level weremainly used to calculate Zigzag nano-hybrid materials based on a combination of porphyrin andseries of different sizes and diameters of Zigzag single-walled carbon nanotubes (SWNT). Theinteractions between porphyrin and SWNT and their detailed electronic properties have beeninvestigated by employing first-principles calculations. Various models were constructed tostudy the geometries, weak interactions, and electronic Properties. In other words, the frontiermolecular orbitals. binding energy, electronic absorption spectra and the density of states (DOS)of them were explored systematically. The results show that different sizes and diameters ofZigzag single-walled carbon nanotubes (SWNT) will remarkably reduce the HOMO and theLUMO energy. In electronic absorption spectrum, Nano-hybrid materials have mainly threedistinct absorption band in the UV-visible region of the spectrum. but materials have noabsorption band in the near ultraviolet spectrum.
Keywords: Zigzag nano-hybrid materials, weak interactions, frontier molecular orbitals, DOS,electronic absorption spectra, DFT.
目录
1前言....2
2计算方法2
3结果与讨论.2
3.1几何结构2
3.2前线分子轨道..2
3.3结合能....2
3.4电子吸收光谱..2
3.5态密度....2
结论.2
参考文献2
致谢.2
1 前言自从 1991 年日本筑波 NEC 实验室的物理学家 Iijima[1]发现碳纳米管以来，纳米管的结构与性质的研究引起了科学界广泛的关注。近几十年来，碳纳米管在电学、光学和力学等方面具有特殊的特性，使其在纳米电子器件等方面有广阔的应用前景。单壁纳米管是一种真正意义上的一维纳米结构，具有高机械强度、强热导能力、优异的场发射性质。单壁纳米管(见图 1)按其手性分为扶手椅式(armchair)、锯齿式(zigzag)和螺旋式(chiral)。碳纳米管的导电性与其手性有密切关系，例如扶手椅式纳米管具有金属性源]自[优尔^`论\文"网·www.youerw.com/ ，锯齿式纳米管具有半导体性[2]。通过化学气相沉淀法生产的高纯碳纳米管有序阵列，更为其在新型显示器、光伏电池灯方面的应用提供了好条件。但是，由于碳纳米管的特殊性质，使其在溶剂中很难分散，极大地限制了对其性质的深入研究，尽管人们做了很多的研究和努力，碳纳米管的许多潜在的应用还是无法真正实现。但是，通过对碳纳米管进行化学修饰，不仅可以改善碳纳米管的理化性质，便于进行材料加工，而且通过修饰引入的有机基团可赋予碳纳米管新的性质，从而大大扩展了其潜在应用领域[3-7]
。而卟啉(见图 1)是一类卟啉是一类具有大π共轭结构的环状分子， 具有刚性的平面结构、高度的稳定性、很强的光吸收[8]、发光性能和较强的给电子能力。卟啉的独特的结构及其光物理化学性质，使其可以作为光吸收天线，已被广泛的应用来构筑高效的光电转换材料以及模拟天然光合成反应的电子转移过程。基于其独特的结构特征和化学性质，卟啉已经成为超分子化学和材料科学研究中的热门主体物质。将具有电子接受能力的碳纳米管与具有强吸光能力和电子给予能力的卟啉结合起来，通过卟啉对碳纳米管进行共价和非共价化学修饰，可以解决碳纳米管在溶剂中的溶解性能和分散性能，同时还可实现卟啉和碳纳米管之间有效的电子传递，形成具有特殊光电和光学性能的卟啉碳纳米管复合物。卟啉碳纳米管复合物由于其独特的结构、优异的光电和光化学性能，由此构筑的超分子在生物传感、太阳能利用等领域上有着广泛的应用价值，近而此类超分子成为化学家研究的热点之一。自 2003 年 Nakashima[9]通过范德华力和∏-∏堆积作用构筑了首个卟啉-碳纳米管超分子体系以来，已有多个碳纳米管-卟啉体系见诸报道。诸报道的碳纳米管-卟啉体系中，碳纳米管大都是扶手椅式碳纳米管，这类研究已经很成熟了！但是，对于锯齿式碳纳米管-卟啉体系的研究还处于萌芽状态。因此， 本文将主要研究不同尺寸及直径的锯齿形碳纳米环卟啉复合物的几何结构,弱相互作用及电子性质。即探讨改变碳纳米环长度以及直径对体系的前线分子轨道、结合能、态密度（DOS）和电子吸收光谱的影响。