1 / 27

Теория образования фуллеренов

Теория образования фуллеренов. Модели образования фуллеренов. Возможные кластеры-предшественники в виде дерева Кели и коранулена. Модель «улитки». Модель «отжига» полициклических кластеров. Модель сборки из «колец». Моделирование образования металлофуллеренов. Sc. Y. Yamaguchi,

vala
Download Presentation

Теория образования фуллеренов

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Теория образования фуллеренов

  2. Модели образования фуллеренов Возможные кластеры-предшественники в виде дерева Кели и коранулена Модель «улитки» Модель «отжига» полициклических кластеров Модель сборки из «колец»

  3. Моделирование образования металлофуллеренов Sc Y. Yamaguchi, S. Maruyama. The European Physical Journal D, 1999, 9-1-4, 385-388. Ni La

  4. Плазменные методы синтезаВыход фуллеренов 5-20% Неплазменные методы синтезаВыход фуллеренов ≤1%

  5. p=100 тор Variation of electron concentration and temperature within strata length p=100 тор Диаграмма равновесных состояний гелиевой (а) и аргоновой (b) плазмы High-speed photoregistration of moving strata at 5-100 Tor: a) regular, b) irregular

  6. 1 cm r А-А 160 140 120 100 80 Плотность почернения, отн. ед. 60 I 40 t x 10-6, c 20 10 5 0 0 Фоторазвертка излучения плазмы за один период тока. Справа: расположение электродов. Снизу: график изменения тока. r – расстояние между электродами; I – ток; t – время 0 2 4 6 8 10 12 14 Расстояние (от нижнего электрода), мм Колебания электронной концентрации при синтезе фуллеренов А А

  7. Ck Cm Сечение рассеяния и скорость коагуляции углеродных кластеров Сечение столкновения нейтральных кластеров: Сечение столкновения заряженных кластеров: Скорость реакции: Полная скорость реакции: Концентрация заряженных компонент кластера Ck:

  8. Сечения столкновений углеродных кластеров нейтральные кластеры заряженные кластеры Сечение столкновения: Сечение столкновения: Скорость реакции: Скорость реакции: Полная скорость реакции:

  9. Уравнения Саха для заряженных компонент Статсуммы: IP - потенциал ионизации, EA1 - сродство к электрону,EA2 - сродство ко второму электрону

  10. Углеродные кластеры (q = 0, +1, –1, –2)

  11. Методы квантовой химии Полуэмпирический метод РМ3 Приближение Борна-Оппенгеймера: Приближение МО – ЛКАО: Метод самосогласованного поля: F(C) C = S C e Неограниченный метод Хартри-Фока (для незакрытых оболочек) HyperChem, GAMESS Метод псевдопотенциала Теория функционала плотности: Псевдопотенциал (пунктир) и соотв.ему псевдоволновая функция (пунктир) внутри атома (на расстоянии r < r0): VASP, OpenMX

  12. Потенциал ионизации (a), сродство к электрону (b) и второе сродство к электрону (c) углеродных кластеров, вычисленных квантовохимическими методами

  13. 1 C58 C40 0.5 C20 0 <qk> C2 -0.5 -1 -1.5 14 15 16 17 18 19 20 logne , 1/m3 Values of average cluster charges at different electron concentrations Rates of C2 attachment reactions for different clusters at T=2500K

  14. Influence of electron concentration and temperature on C60 formation rate k + m= 60 █– C60 formation ratewithout accounting charges█ – C60 formation rate with accounting cluster charges

  15. Влияние волн ne на скорость образованияС60 Rw60 / RII60 Постоянная концент-рация электронов: Волны концентрации электронов: T (K) log ne (m–3) Отношение Rw60 / R60 скоростей образования : RII60 –при постоянной ne, Rw60 – при наличии волн ne(t)

  16. Скорость образования Me@C84 1) Fe 3) Pt 2) Sc

  17. частота столкновений Сk с Ме Частота десорбции: МеСkМе + Сk Концентрациякластера MeCk Фактор формы S84–Sk Sk Скорость образования молекулы Ме@С84(Me = Sc, Fe, Pt)

  18. Образование фуллеренов и металлофуллеренов: • наиболее эффективны плазменные методы синтеза • углеродные кластеры могут иметь положительный и отрицательный заряд • за счет этого скорость образования фуллеренов существенно зависит от электронной концентрации в плазме • скорость образования металлофуллеренов зависит в основном от энергии когезии атома металла к поверхности углеродного кластера

  19. Кинетическая задача с учетом охлаждения гелием и изомеризации кластеров Скорости реакций: Rij, Rkm – коагуляции Rb – изомеризации кластера Rc– охлаждения гелием Каждый кластер Ckимеет три параметра: k– количество атомов, lk– количество свободных радикалов, Tk – колебательная температура кластера Полная концентрация кластера Ck: Скорость охлаждения: Ck He

  20. C60 C70 Распределение углеродных кластеров в зависимости от времени Схема роста кластеров: С2 С4, С6, С6, … , С58, С60, С62, … , С116, С118, С120 фуллерены: С60, С70 сажа: все остальные кластеры Распределение углеродных кластеров в зависимости от времени. Суммарная концентрация кластеров нормирована на единицу. N – количество атомов в кластере

  21. Охлаждение углеродных кластеров буферным газом Средняя колебательная температура кластеров в зависимости от числа атомов, в разные моменты времени

  22. Скорость образования фуллеренов в гелии и аргоне

  23. Время жизни атома металла на поверхности углеродного кластера Частота отрыва атома металла от поверхности кластера: Sc Si Время жизни атома металла: Na Частота колебаний атома металла и энергия когезии, рассчитанные квантово-химическим методом DFT

  24. Образование металлических кластеров Константа скорости реакции: Константа скорости прилипания атомов к поверхности металлического кластера: Радиус Вигнера-Зейтца для металла: Распределение металлических кластеров к конечному моменту расчета

  25. Рост углеродных, металлических и металлоуглеродных кластеров углеродные кластеры металлические кластеры углеродные кластеры с атомом металла Распределение углеродных, металлических и металло-углеродных кластеров при образовании в гелии в момент времени, на котором прекращался расчет.

  26. Выход металлофуллеренов в зависимости от neи Т Na Sc Sc Si Si Na Конечная относительная концентрация металлофуллеренов с различными элементами (Na, Sc, Si, соответственно) в зависимости от электронной концентрации при Т=3000К. Конечная концентрация металлофуллеренов с различными элементами (Na, Sc, Si, соответственно) в зависимости от температуры плазмы при ne=1018м–3.

  27. Кинетика образования фуллеренов и металлофуллеренов • Охлаждение кластеров гелием в ходе реакций приводит к увеличению выхода фуллеренов • При плазменном синтезе доля металлофуллеренов всегда будет очень мала из-за слипания атомов металла в кластеры • На выход металлофуллеренов также оказывают влияние частота отрыва атома металла от поверхности углеродного кластера и температурный режим образования металло-углеродных кластеров

More Related