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由于富勒烯金属包合物和小碳富勒烯衍生物具有独特的结构、性质和广阔的应用前景,使之成为十几年来化学、物理学和材料化学研究的热点。本文重点对双金属富勒烯包合物La2@C80以及具有Td点群对称性的小碳富勒烯衍生物C28X4、C40X4(X=H,F,Cl)的结构特征、振动光谱特征进行了理论计算研究,而且得出了La2@C80的笼内金属原子的新的运动图像。
(1)利用ADF程序对La2@C80进行了几何结构优化和频率分析。用零级近似基组(ZORA)考虑了各个原子的相对论效应。我们发现D2h结构是La2@C80最稳定的结构,他的能量要比D3d结构的能量低lkcal/mol左右,而D3d对称性结构是Shimotani等人最近发现的最稳定的结构。在我们计算结果的基础上,我们提出了La原子的新的运动图像,其中,La原子在30个等价的D2h点间运动,C2h点作为运动路线上的鞍点。这种运动图像和MEM(最大熵值法)实验上观测到的在Ih对称性的C80笼内的La原子的运动图像非常吻合。另外,计算得到的拉曼光谱和试验值也有很好的符合。
(2)通过Gaussian03程序对CnX4(n=28,40;X=H,F,C1)进行了几何结构优化和频率分析,结果证明具有Td对称性结构的分子是其最稳定的结构。通过和CH4的振动光谱的比较对C28和C40的骨架振动进行了分析。指认得到在1500cm-1左右存在一个C笼的呼吸振动模式。