碳纳米胶囊基本性质的理论计算研究

理学院应用化学 杜建刘 （P2001090313）

1985年富勒烯的发现［1］，开辟了炭材料科学研究的新领域，各种形态的纳米结构炭材料的研究，比如碳壳或碳纳米管包裹第二相物质的纳米材料［2-3］，吸引了众多科学家的关注。碳包覆金属纳米胶囊（Carbon encapsulated metal（M@C）nanocapsules）是在类富勒烯空心处填充金属，从而得到的一种具有金属核/碳壳结构的纳米材料。碳壳将金属纳米颗粒禁锢并保护在很小的空间内，一方面阻止了金属颗粒的相互聚集，另一方面保护金属颗粒免受外部环境的影响。

1碳纳米胶囊的性质

1.1富勒烯的基本介绍

富勒烯(Fullerenes)是笼状炭原子簇的总称,包括C₆₀/C₇₀ (Buckminsterfullerene)分子、碳纳米管(Elongated giant fullerenes)[4]、洋葱状(Onionlike)富勒烯[5]、富勒烯内包金属微粒[6]等，它们的不同形态结构如图1所示。

图1 不同形态富勒烯结构及模型(a)C₆₀ (b)碳纳米管 (c)洋葱状富勒烯 (d)富勒烯内包金属微粒

C₆₀的结构现在已完全地得到确认，这种分子的形状如足球，C₆₀分子是由12个五元碳环和20个六元碳环组成的凸32面体。60个碳原子对称地分布在一个截角正二十面体的顶角处(凸32面体)，笼体直径为0.71nm。C₆₀含有两种不等价的化学键，分别为单键(与六元环共边的五元环的C#8212;C键，用6：5 C#8212;C表示) 与双键(两个六元环共边的C#8212;C键，用6：6 C#8212;C表示)，其键长分别为0.145nm和0.140nm，所有的五元环均由单键构成，而六元环由单键和双键交替构成。

C₆₀的特殊结构形成了它的独特的理化性质，使它具有深黄、棕色到黑色的外观，密度小，易升华，不导电，比金刚石活泼等特性，以及具有高的电子亲和力(2.6 eV～2.8 eV)和低的还原势(-0.61 cV)的性质。

1.2碳纳米胶囊的结构和性质