【摘 要】
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研究表明,酞菁分子作为结构单元可以组装成一维纳米管和二维纳米单层.在本文中,我们运用多尺度模拟的方法,结合第一性原理和巨正则系综的蒙特卡罗方法,研究了基于酞菁分
【机 构】
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北京大学工学院,北京市颐和园路5号,100871
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研究表明,酞菁分子作为结构单元可以组装成一维纳米管和二维纳米单层.在本文中,我们运用多尺度模拟的方法,结合第一性原理和巨正则系综的蒙特卡罗方法,研究了基于酞菁分子的纳米笼状体系的几何构型、电子结构、光学特性和储氢性能.研究发现,本征酞菁纳米笼子具有 Th对称性,其最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)分别是二重简并和三重简并的,HOMO-LUMO能隙为0.97eV；而对于金属镁、钙掺杂的酞菁纳米笼子具有Oh对称性,它们的HOMO-LUMO能隙分别为 1.24 和 1.13eV.此外,光吸收谱的计算表明酞菁纳米笼子在近红外波段有很强的吸收峰,这是不同于酞菁分子的.进一步的热力学模拟表明,镁酞菁笼子和钙酞菁笼子的超额储氢量在298K、100bar条件下能达到 3.49％和 4.74％的质量分数.作为二维酞菁纳米单层和一维酞菁纳米管的重要补充,本工作研究的零维纳米笼状结构提供了一种研究酞菁低维纳米结构的全面视角,此类新材料在电子器件、光学器件和储氢材料器件中彰显出巨大的应用潜力.
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