多聚十二面体烷：一种新型碳同素异形体
计算物理
2023-11-14 v1 材料科学
摘要
碳是最重要的化学元素，对其新同素异形体的理论研究极具意义。本研究通过在三维方向上延展十二面体烷单元，设计了正十二面体（十二面体烷）低聚物（n = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13）。随后，对其作为潜在新型碳同素异形体的结构与电子性质进行了理论研究。计算了内聚能（Ecoh）与 G。实验观察表明，Ecoh 随十二面体烷单元数量增加而上升，而吉布斯自由能变 G 随单元数量增加而下降。代表电子性质的 HOMO-LUMO 能隙（Eg）值随十二面体烷单元数量增加而减小。对新型碳同素异形体多聚十二面体烷纳米结构的密度泛函理论（DFT）计算揭示了一种此前未观测到的对称性，表明其具有本征金属性行为。所有低聚物的分子静电势（MEP）图中均发现部分电荷的对称分布，显示出结构随单体单元数量增加保持对称结构秩序的倾向。此外，对最大设计结构即 13 单元低聚物的自然键轨道（NBO）分析揭示不同碳原子近 杂化。基于计算结果，结构倾向于在三维方向延展并形成由互连环戊烷环构成的独特结构的多聚十二面体烷共价网络。结果表明，这一独特构型表现出理论稳定性，并提示多聚十二面体烷有望被视为一种新型碳同素异形体。
引用
@article{arxiv.2311.06614,
title = {Poly-dodecahedrane: A new allotrope of carbon},
author = {Siavash Hasanvandi and Elham Neisi and José M. De Sousa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.06614},
year = {2023}
}