莫比乌斯碳纳米带的简单赫姆霍尔分子轨道理论

最近合成的莫比乌斯碳纳米带 (CNBs) 因其独特的 $\pi$ 共轭拓扑而受到关注，这导致具有独特电子性质，具有根本性和实际意义。虽然莫比乌斯共轭在原子轨道 (AO) 基底中进行相位反转是针对单环系统而 well-established 的，但将这种理解扩展到双链莫比乌斯 CNBs 仍存疑问。本研究详尽地考察了用于描述莫比乌斯 CNBs $\pi$ 电子结构的简单赫姆霍尔分子轨道 (SHMO) 理论。我们展示，对于任意莫比乌斯 CNBs 的邻接矩阵，在不同相位反转位置下，可保留其特征值和特征向量（可能方向略有翻转），从而确保无论 AO 相位反转位于何处，SHMO 结果均相同。包括已实验合成的莫比乌斯 CNBs 在内的代表性示例表明，赫姆霍尔分子轨道 (MOs) 与基于 DFT 规范 MO 局部分散和再分散而计算得到的 $\pi$ MOs strikingly 相似。有趣的是，较低能级的 $\pi$ MOs 表现出奇数个节点平面，因莫比乌斯宏循环中的相位反转而呈双重准退化，这与宏环赫姆霍尔系统不同。从 SHMO 理论导出的库仑键级数与 DFT 计算得到的 Wiberg 键指数良好相关。此外，观察到 SHMO 和 GFN2-xTB 计算得到的 HOMO-LUMO 间隙之间存在显著相关性。因此，SHMO 模型不仅捕捉了莫比乌斯 CNBs $\pi$ 电子结构的本质，还提供了可与 DFT 结果相当的可靠定量预测。