عنوان پایان‌نامه
بررسی پایداری وخواص الکترونی فولرنها وهتروفولر نهای اندوهدرال (درون گیر ) با استفاده از نظریه تابعی چگالی
- رشته تحصیلی
- علوم وفناوری نانو- نانو شیمی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55966
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- محمد مصطفی نژاد
- استاد راهنما
- علیرضا شایسته
- چکیده
- در این پروژه از روش های آغازین و نظریه ی تابعی چگالی به همراه توابع پایه ی بزرگی با کیفیت دوبل- زتا برای محاسبات استفاده شده است. همچنین، به دلیل حضور عناصر سنگین مانند فلزات واسطه، اثرات نسبیتی از طریق به کار گیری تقریب معمول مرتبه ی صفر در نظر گرفته شده اند. در این جا، برای انجام محاسبات نظریه ی تابعی چگالی، تابعی های PBE0, TPSS, PBE و TPSSh به کار گرفته شده اند. در فصل اول، فولرن ها و جنبه های مختلف شیمیایی آنها مانند مبانی و اصول، روش های سنتز، فرایندهای جداسازی و شناسایی و در نهایت واکنش پذیری شیمیایی، مورد بحث و بررسی قرار خواهند گرفت. فولرنها و هتروفولرن های فلز – درونگیر موضوع فصل دوم هستند. در این قسمت، پس از مروری بر روش های مختلف سنتزی، جداسازی و شناسایی، واکنش پذیری شیمیایی این دسته از ترکیبات به طور اجمالی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به علاوه، روش تعمیم یافته ی جدیدی برای طبقه بندی فولرن ها و هتروفولرنهای درونگیر ارائه می گردد. در فصل سوم، فولرن ها را از نقطه نظر محاسبات ساختار الکترونی مورد ارزیابی قرار خواهیم داد. در طول این فصل، سطوح، کانتور ها و نقشه های مختلفی از چگالی الکترونی کل و چگالی اسپینی ارائه خواهیم کرد. سپس روش های مختلف آنالیز تابع موج، آنالیز جمعیتی مبتنی بر توابع پایه مانند آنالیز مولیکن، لودین و مِیر و فرایندهای همگام سازی مانند بار حاصل از پتانسیل الکترواستاتیکی - روش شبکه ای را به کار خواهیم گرفت تا برای خواص مختلف شیمیایی و مغناطیسی مشاهده شده برای فولرن ها و هتروفولرن های فلز-درونگیر مانندY2@C79N و Gd2@C79N توجیه و اثباتی منطقی بیابیم. فصل چهارم بر روی خواص مولکولی و طیفی مختلف متمرکز خواهد بود. در این فصل، فرکانس ها و شدت نسبی خطوط طیفی برای طیف زیر قرمز محاسبه شده اند. علاوه بر آن، پارامترهای مربوط به طیف رزونانس مغناطیسی الکترون مانند فاکتور g و ثابت جفت شدگی فوق ظریف برای مولکول Y2@C79N به دست آمده اند و طیف مربوطه در محیط همسانگرد (برای مثال، در محلول تولوئن) شبیه سازی شد. در نهایت بهترین نتایج به دست آمده (حاصل از تابعی PBE0) با نتایج تجربی همگام سازی شد. فصل پنجم نیز به شرح مختصری از محاسبات انجام شده و در حال انجام برای هتروفولرن های فلز-درونگیر دیگر از جمله Gd2@C79N, Y2@C79N, Y2@C79B و Y2@C78BN می پردازد.
- Abstract
- In the present work, we have used ab initio and Density Functional Theory (DFT) with large basis sets of double-zeta quality containing various balanced and suitable diffuse and tight functions for performing our calculations. Also, due to the presence of heavy elements like transition metals, we have included relativistic effects using Zeroth-Order Regular Approximation (ZORA). In addition, PBE pure Generalized Gradient Approximation (GGA), TPSS meta-GGA and PBE0 and TPSSh hybridized functionals have been chosen for DFT calculations. Chapter one deals with fullerenes and their different chemical aspects such as basics and fundamentals, synthesis, isolation and characterization processes and chemical reactivities. Endohedral MetalloFulerenes (EMFs) and Endohedral MetalloHeteroFullerenes (EMHFs) are subjects of the second chapter. After investigation of various methods of synthesis, isolation and purification, chemical reactivity of EMFs and EMHFs is briefly discussed. Also, a new method for classification of fullerenes family is proposed in this chapter. In the third chapter, the results of electronic structure calculations for fullerenes family have been investigated. During this chapter, various surfaces, contours and maps of the total electron densities and electron spin densities are provided. In addition, we have used different methods of wave function analysis such as Mulliken, L?wdin and Mayer population analysis based on basis sets and fitting procedures such as Charges from Electrostatic Potentials Grid method (CHELPG) to provide some proofs for different chemical and magnetic properties that are observed for endohedral dimetallofullerens and endohedral dimetalloheterofullerens such as Y2@C79N and Gd2@C79N. Chapter four mainly focuses on various molecular and spectral properties. Here, the infra-red IR frequencies and relative intensities were calculated. Furthermore, electron paramagnetic resonance parameters such as g-factor and hyperfine coupling constants were calculated for Y2@C79N and its corresponding spectra are simulated for the isotropic media using DFT. Also, total electron densities at the positions of the nuclei are obtained from Fermi contact formula. Finally, the best results obtained using PBE0 functional are used for fitting with experimental spectrum. Finally in chapter five, preliminary results for other EMHFs such as Gd2@C79N, Y2@C79N, Y2@C79B and Y2@C78BN have been reported.
