氮掺杂 C$_{20}$ 富勒烯中的 Stone-Wales 缺陷：来自 $\textit{ab initio}$ 计算的洞察

应用密度泛函理论研究了纯的和氮掺杂的十二面体 C$_{20}$ 富勒烯中 Stone-Wales 缺陷的形成机制。获得了初始笼状分子和缺陷笼状分子的分子结构以及分隔它们的过渡态。根据氮原子数量及其在笼中的相对位置，Stone-Wales 缺陷通过单个额外的中间态或直接形成。缺陷形成的活化能垒从纯 C$_{20}$ 中的 4.93 eV 降低到单掺杂 C$_{19}$N 中的 2.98 eV，并在进一步掺杂下达到约 2 eV。所有考虑的氮掺杂富勒烯在室温下都具有高动力学稳定性。然而，在约 750 K 的典型富勒烯退火温度下，它们变得远不稳定。