C$_{24}$ 碳簇的氢化：结构多样性与能量性质

本工作旨在利用遗传算法结合基于密度泛函的紧束缚（DFTB）势，探索 C$_{24}$H$_n$（n=0,6,12,18,24）在高达 20-25\,eV 下的势能面。使用选为 5 或 6 元碳环数目以及非球性常数 $\beta$ 的序参量分析了未碎裂结构的多样性。发现最丰富且能量最低的总体对应于薄片总体，其由具有可变形状、拥有大量 5 或 6 元碳环的异构体构成。该总体特征为当 $n_H/n_C$ 增大时球形异构体数目更多。同时，由拥有较少 5 或 6 元碳环周期的球形异构体构成的纽结总体之比例增加。对于所有氢化率，笼状总体的比例极其微小，而支化总体在所有 $n_H/n_C$ 比下均为最高能量总体。对于所有 C$_{24}$H$_n$（n=0,6,12,18,24）簇，对碳环尺寸分布随能量演化的详细研究清楚表明稳定性与 6 元碳环数目相关。对杂化 $sp^n$（n=1-3）的类似研究显示 $sp^1$ 碳原子数随能量增加，而总体上 $sp^3$ 碳原子数随 $n_H/n_C$ 增加。所有总体的电离势平均值被发现随 $n_H/n_C$ 增加而降低，从 7.9\,eV 降至 6.4\,eV，我们将其归因于碳原子杂化 $sp^n$（n=1-3）。这些结果具有天体物理意义，应在天体物理模型中予以考虑，尤其关于含碳物质在气体电离中的作用。