Uglerodni o'rganishda foydalaniladigan hisoblash usullari

Uglerodni o'rganishda foydalaniladigan hisoblash usullari
Nanostrukturalar: umumiy ko'rinish
Machine Translated by Google
Uglerodning asosiy strukturaviy, elektron va kimyoviy xossalari...
29
Bekning uch parametrli (B3) (Becke
1993),
Li, Yang va Parr (LYP) bilan aniq almashinuvini o'z
ichiga olgan gibrid funktsional birikmasi bo'lgan mashhur B3LYP funksionalligi (Li va boshq.
1988)
bilan qo'llanilgan. Fullerenlar va uglerod nanotubalarini hisoblash uchun STO-3G, 3-21G, 4-31G va
6-31G(d) kabi kichik va o'rta o'lchamli baza to'plamlari (Bettinger va boshq.
Mustaqil nazariy tadqiqotlar SWCNTs tuzilmalari va xususiyatlarini tadqiq qilishda DFT usullarini
ko'rib chiqdi (Akdim va boshq.
2007;
Amorim va boshq.
2007;
Andzelm va boshq.
2006;
Bettinger
2005;
Dinadayalane va Leszczynski
2007a,
b; Govinski va boshqalar ;
Go208).
va boshqalar
2005;
Nishidate va Hasegawa
2005;
Robertson va boshqalar
1992;
Vang va boshqalar
2006;
Yang va
boshqalar
2006a,
b; Zhang va boshq . Ikki asosli to'plamga ega B3LYP funksionalligi ko'pincha toza
va nuqsonli SWCNTlarning elektron tuzilmalarini, shuningdek, nuqsonlarning SWCNTlarning
ishlashiga ta'sirini tekshirish uchun ishlatilgan (Akdim va boshq.
2007;
Andzelm va boshq.
Ab initio MP2 yoki CCSD usullari bilan solishtirganda, DFT kamroq vaqt talab qiladi va katta
uglerodli nanotizimlar uchun hisoblash mumkin. Fullerenlar va nanotubalardagi kimyoviy reaktivlikni
o'rganish uchun ONIOM yondashuvi butun molekulani DFT bilan davolashdan ko'ra tejamkorroqdir.
ONIOM gibrid metodologiya bo'lib, unda molekula ikki yoki undan ortiq bo'laklarga bo'linadi.
Molekulaning eng muhim qismi (bir fragment) yuqori darajadagi usul bilan, boshqa qismlari esa past
darajadagi usullar bilan ishlov beriladi (Maseras va Morokuma
1995;
Morokuma va boshq.
2006;
Osuna va boshq.
2009).
Turli xil zichlik funktsional nazariya darajalarini olish orqali ONIOM
yondashuvining ishlashi siklopentadien va C60 o'rtasidagi Diels-Alder reaktsiyasi uchun
eksperimental natijalarga nisbatan tekshirildi (Osuna va boshq.
2009).
Ikki qatlamli ONIOM
yondashuvi ONIOM(B3LYP/6-31G(d):AM1), bunda B3LYP/6-31G(d) va AM1 yuqori va past
qatlamlar uchun ishlatiladi, alkoksid ionlarining kimyosorbtsiyasini mukammal va mukammal
o'rganish uchun ishlatilgan. Stone-Wales nuqsonli kreslo (5,5) SWCNTs qopqoqli va H bilan
tugatilgan tuzilmalarning (Wanbayor va Ruangpornvisuti
2008).
va molekulyar mexanika va yarim empirik usullardan tashqari uglerod nanoklasterlarini o'rganish.
2004).
PBE1PBE/6-311G(d) darajasi fulleren izomerlarining nisbiy energiyalari va 13C NMR
spektrlarini hisoblash uchun ishlatilgan (Shao va boshq. 2006, 2007). PBE1PBE funksiyasi juda
ishonchli DFT funksional deb topildi, chunki u C20 ning eng yaxshi uchta izomerlari (qafas, piyola
va halqa izomerlari) uchun yuqori darajadagi birlashtirilgan klaster hisoblari bilan bir xil nisbiy
energiya tartibini beradi (An va boshq.
2005). .
Ba'zida nuqsonli SWCNTlarni va nuqsonli quvurlarda metall adsorbsiyasining hayotiyligini o'rganish
uchun bir nechta asosiy to'plamlardan foydalanilgan (Yang va boshq.
2006b).
Gauss 03 dastur
paketida (Frisch va boshq.
2003)
amalga oshirilgan davriy chegaraviy shartli DFT (PBC) reaktivligini
tekshirish uchun ishlatilgan.
2003 yil;
Dinadayalane va Leszczynski
2007b;
Feng va boshqalar.
2005;
Matsuo va boshqalar.
2003 yil;
Yumura va boshqalar.
2005a,
b; Chjou va boshqalar.
2004).
Hisoblash tadqiqotlari shuni
ko'rsatadiki, B3LYP funktsiyasi uglerod birikmalari va uglerod nanostrukturalarining xususiyatlariga
ishonchli javob berishi mumkin (Bettinger va boshq.
2003;
Dinadayalane va Leszczynski
2007b;
Feng va boshq.
2005;
Matsuo va boshq.
2003;
Yumura va boshqalar.
2005; Yumura.
b; Chjou va boshqalar.
2006;
Dinadayalane va Leszczynski
2007b;
Govind va boshqalar.
2008;
Lu va boshqalar.
2005).
Machine Translated by Google
30
TC Dinadayalane va J. Leszczynski
CNTlarning mexanik xususiyatlari so'nggi yigirma yil davomida nazariyotchilar
tomonidan o'rganilgan (Avila va Lacerda
2008;
Chandra va boshq.
2004;
Dereli va
Sungu
2007;
Yakobson va boshq.
1996).
MWCNT va har xil turdagi SWCNTs (kreslo,
zigzag, chiral) ning Young modulini hisoblash uchun bir qator usullar qo'llanilgan.
Adabiyotda Young moduli qiymatlarining keng doirasi haqida xabar berilgan (Avila va
Lacerda
2008;
Chandra va boshq.
2004;
Dereli va Sungu
2007;
Mielke va boshq.
2004;
WenXing va boshq.
2004;
Yakobson va boshq.
1996).
Hozirgacha qo'llanilgan molekulyar
dinamika usullarining aksariyati klassik yoki qattiq bog'lanishdir (Avila va Lacerda
2008;
Chandra va boshq.
2004;
Dereli va Sungu
2007;
WenXing va boshq.
2004;
Yakobson
va boshq.
1996).
Uglerod nanotubalari yoki grafen varaqlarining mexanik xossalari
bo'yicha kvant kimyoviy hisob-kitoblari juda kam, chunki ular hali ham ko'p vaqt talab
etadi (Mielke va boshq.
2004).
Ushbu bobda mexanik xususiyatlarni muhokama qilish
bizni qiziqtirmaydi, chunki bu mavzu bo'yicha ko'plab maqolalar va klassik sharhlar
mavjud (Avila va Lacerda
2008;
Chandra va boshq.
2004;
Dereli va Sungu
2007;
Mielke
va boshq.
2004;
WenXing va boshqalar
2004;
Yakobson va boshqalar
1996).
2006;
Kar va boshqalar.
2008;
Shukla va Leszchinski
2009).
Garchi MP2 va CCSD(T)
darajalaridagi hisob-kitoblar -stacking shovqinlari uchun juda ishonchli natijalarga
erishish uchun zarur bo'lsa-da (Dinadayalane va boshq.
2007a;
Li va boshq.
2007;
Sinnokrot va Sherrill
2004),
ular bunday katta tizimlar uchun mumkin emas. joriy
hisoblash vositalari. Yaqinda ishlab chiqilgan meta-gibrid zichlik funktsiyasi (M06-2X)
katta uglerod nanostrukturalarini o'z ichiga olgan o'zaro ta'sirlar uchun bog'lanish
energiyasini hisoblash uchun istiqbolli funktsional hisoblanadi (Zhao va Truhlar
2007, 2008).
DFT va DFT-D yondashuvlari grafenda bir va bir nechta Na adsorbsiyasi va tarqalishini
o'rganish uchun ishlatilgan (Malyi va boshq.
2015).
DFT va vaqtga bog'liq DFT usullarini
qo'llash orqali IQ, Raman, NMR va UV spektrlarini olish mumkin. Kompyuter texnikasi
va ab initio elektron tuzilma usullaridagi so'nggi yutuqlar kvant kimyogarlarining uglerod
nanostrukturalarining xususiyatlarini bashorat qilish va o'rganish imkoniyatlarini sezilarli
darajada yaxshilashga olib keldi. Biroq, eng zamonaviy texnologiyalarni qo'llash
(5,5) va (10,0) SWCNTlarda Stone-Wales nuqsoni (Bettinger
2005).
Cheksiz uzunlikdagi
quvurlarni simulyatsiya qilish uchun PBC bilan bog'liq hisob-kitoblar uchun birlik
katakchasini diqqat bilan tanlash kerak. Ommabop DFT usullari fullerenlar va boshqa
uglerod klasterlari ishtirokidagi o'zaro ta'sirlarga ishonchli javob bera olmaydi (Cuesta va boshq.
Kuchli superkompyuterlardan foydalanish, yuqori darajadagi ab initio va DFT
metodologiyalarida statik va dinamik hisob-kitoblarni bajarish grafen va uglerod
nanotubalari uchun hamyonbop. Yaqinda zichlik funktsional nazariyasi (PBE funktsional,
Perdew va boshq.
1996)
nuqsonli grafen varaqlari bilan kichik molekulalarning o'zaro
ta'sirini tushunish uchun tekis to'lqinli asoslar to'plamlari va davriy chegara shartlari
(PBCs) bilan hisob-kitoblar qo'llanildi (Jiang va boshq.
2009). .
Vena ab initio simulyatsiya
paketi (VASP) statik va dinamik hisoblarni amalga oshirish uchun bir nechta tadqiqotlarda
ishlatilgan (Kresse va Furthmuller 1996a, b). Nazariy hisob-kitoblar grafen varaqlari va
SWCNTlarning elektron tuzilishini va ularning ion ajratish tizimlari va gaz sensorlari
sifatida hayotiyligini tushunish uchun foydalidir (Jiang va boshq.
2009;
Li va boshq.
2009b;
Nishidate va Hasegawa
2005).
Grafen va CNTlar uchun Tosh-Uels nuqsonlarini
hosil qilish energiyasi DFT yordamida VASPda amalga oshirilgan almashinuv-
korrelyatsiya potentsialiga mahalliy zichlikning yaqinlashuvini chaqirgan holda hisoblab chiqilgan (Ertekin va boshq.
2009).
Machine Translated by Google
|