密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

柏于杰; 付石友; 邓开明; 唐春梅; 陈  宣; 谭伟石; 刘玉真; 黄德财

doi:10.7498/aps.57.3684

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密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

柏于杰 , 付石友 , 邓开明 , 唐春梅 , 陈宣 , 谭伟石 , 刘玉真 , 黄德财

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凝聚物质：结构、热学和力学性质

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

柏于杰, 付石友, 邓开明, 唐春梅, 陈宣, 谭伟石, 刘玉真, 黄德财

物理学报, 2008, 57(6): 3684-3689.

doi: 10.7498/aps.57.3684

Density functional calculations on the geometric and electronic structures of the endohedral fullerene H2＠C60 and its dimmer

Bai Yu-Jie, Fu Shi-You, Deng Kai-Ming, Tang Chun-Mei, Chen Xuan, Tan Wei-Shi, Liu Yu-Zhen, Huang De-Cai

Acta Phys. Sin., 2008, 57(6): 3684-3689.

doi: 10.7498/aps.57.3684

摘要
采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation，简称GGA)，对内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2＠C60单体，还是在其二聚体中，氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处，且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明，氢分子掺入到C60和C120中，仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献，其他能级的分布和能隙几乎没有变化.

关键词:
几何结构 /

电子结构 /

密度泛函
Abstract
Geometric and electronic properties of the endohedral fullerene H2＠C60 and its dimmer have been studied using generalized gradient approximation of density functional theory. It is found that the two hydrogen atoms exist in the form of a molecule in the center of the cage for both H2＠C60 and its dimmer, and the hydrogen molecule can rotate freely at room temperature. The electronic structures of both H2＠C60 and its dimmer show that the formation of hydrogen molecule only affects the energy levels below the Fermi level from -8 to -5eV, while the other energy levels and the energy gap between HOMO and LUMO hardly have any change.

Keywords:
geometric structure /

electronic structure /

density functional theory
作者及机构信息
柏于杰¹,

付石友²,

邓开明¹,

唐春梅¹,

陈宣¹,

谭伟石¹,

刘玉真¹,

黄德财¹

(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10174039)，江苏省自然科学基金(批准号：BK2002099和BK2006204)，南京理工大学优秀青年学者基金(批准号：NJUST200705)和江苏省博士生科研创新基金资助的课题.
Authors and contacts
Bai Yu-Jie¹,

Fu Shi-You²,

Deng Kai-Ming¹,

Tang Chun-Mei¹,

Chen Xuan¹,

Tan Wei-Shi¹,

Liu Yu-Zhen¹,

Huang De-Cai¹

(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209
参考文献

施引文献

[1]	李亚莎, 孙林翔, 周筱, 陈凯, 汪辉耀. 基于密度泛函理论的外电场下C₅F₁₀O的结构及其激发特性. 物理学报, 2020, 69(1): 013101. doi: 10.7498/aps.69.20191455
[2]	李亚莎, 谢云龙, 黄太焕, 徐程, 刘国成. 基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性. 物理学报, 2018, 67(18): 183101. doi: 10.7498/aps.67.20180808
[3]	蒋元祺, 彭平. 稳态Cu-Zr二十面体团簇电子结构的密度泛函研究. 物理学报, 2018, 67(13): 132101. doi: 10.7498/aps.67.20180296
[4]	曹青松, 邓开明. X@C20F20(X=He,Ne,Ar,Kr)几何结构和电子结构的理论研究. 物理学报, 2016, 65(5): 056102. doi: 10.7498/aps.65.056102
[5]	阮文, 谢安东, 余晓光, 伍冬兰. NaBn(n=19)团簇的几何结构和电子性质. 物理学报, 2012, 61(4): 043102. doi: 10.7498/aps.61.043102
[6]	唐春梅, 郭微, 朱卫华, 刘明熠, 张爱梅, 巩江峰, 王辉. 内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(2): 026101. doi: 10.7498/aps.61.026101
[7]	宋健, 李锋, 邓开明, 肖传云, 阚二军, 陆瑞锋, 吴海平. 单层硅Si6H4Ph2的稳定性和电子结构密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(24): 246801. doi: 10.7498/aps.61.246801
[8]	葛桂贤, 闫红霞, 井群, 张建军. 密度泛函理论对AunSc3(n=1—7)团簇结构和性质的研究. 物理学报, 2011, 60(3): 033101. doi: 10.7498/aps.60.033101
[9]	葛桂贤, 井群, 曹海宾, 杨增强, 唐光辉, 闫红霞. 密度泛函理论研究Run和RunAu(n=112)团簇的结构和电子性质. 物理学报, 2011, 60(10): 103102. doi: 10.7498/aps.60.103102
[10]	刘立仁, 雷雪玲, 陈杭, 祝恒江. Bn(n=2—15)团簇的几何结构和电子性质. 物理学报, 2009, 58(8): 5355-5361. doi: 10.7498/aps.58.5355
[11]	李喜波, 王红艳, 罗江山, 吴卫东, 唐永建. 密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质. 物理学报, 2009, 58(9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
[12]	唐春梅, 朱卫华, 邓开明. 内掺过渡金属富勒烯衍生物Ni@C20H20几何结构、成键和电磁性质的密度泛函计算研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4567-4572. doi: 10.7498/aps.58.4567
[13]	唐春梅, 陈宣, 邓开明, 胡凤兰, 黄德财, 夏海燕. 富勒烯衍生物C60（CF3）n（n=2，4，6，10）几何结构和电子性质变化规律的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2675-2679. doi: 10.7498/aps.58.2675
[14]	杨剑, 王倪颖, 朱冬玖, 陈宣, 邓开明, 肖传云. MPb10（M=Ti，V，Cr，Cu，Pd）几何结构和磁性的密度泛函计算研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3112-3117. doi: 10.7498/aps.58.3112
[15]	曹青松, 邓开明, 陈宣, 唐春梅, 黄德财. MC20F20（M=Li，Na，Be和Mg）几何结构和电子性质的密度泛函计算研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1863-1869. doi: 10.7498/aps.58.1863
[16]	葛桂贤, 罗有华. 密度泛函理论研究MgnOn(n=2—8)团簇的结构和电子性质. 物理学报, 2008, 57(8): 4851-4856. doi: 10.7498/aps.57.4851
[17]	蒋岩玲, 付石友, 邓开明, 唐春梅, 谭伟石, 黄德财, 刘玉真, 吴海平. C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体几何结构和电子结构的密度泛函计算研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3690-3697. doi: 10.7498/aps.57.3690
[18]	唐春梅, 袁勇波, 邓开明, 杨金龙. C72,La2@C72几何结构和电子性质的计算研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3601-3605. doi: 10.7498/aps.55.3601
[19]	李波, 鲍世宁, 庄友谊, 曹培林. 乙烯在Ni（110）表面吸附的几何结构. 物理学报, 2003, 52(1): 202-206. doi: 10.7498/aps.52.202
[20]	童宏勇, 顾牡, 汤学峰, 梁玲, 姚明珍. PbWO4电子结构的密度泛函计算. 物理学报, 2000, 49(8): 1545-1549. doi: 10.7498/aps.49.1545

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物理学报. 2008, 57(6): 3684-3689.

doi: 10.7498/aps.57.3684.

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

1. (1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10174039)，江苏省自然科学基金(批准号：BK2002099和BK2006204)，南京理工大学优秀青年学者基金(批准号：NJUST200705)和江苏省博士生科研创新基金资助的课题.

收稿日期: 2007-06-14
修回日期: 2007-10-03
刊出日期: 2008-03-05

摘要: 采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation，简称GGA)，对内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2＠C60单体，还是在其二聚体中，氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处，且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明，氢分子掺入到C60和C120中，仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献，其他能级的分布和能隙几乎没有变化.

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Density functional calculations on the geometric and electronic structures of the endohedral fullerene H2＠C60 and its dimmer

摘要

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作者及机构信息

(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

Authors and contacts

(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

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密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

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Density functional calculations on the geometric and electronic structures of the endohedral fullerene H2＠C60 and its dimmer

1.
(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

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(1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

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密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

English Abstract

Density functional calculations on the geometric and electronic structures of the endohedral fullerene H2＠C60 and its dimmer

1. (1)南京理工大学应用物理系,南京 210094; (2)南京理工大学应用物理系,南京 210094；哈尔滨工业大学威海分校,威海 264209

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