郭锐论文终极版 - 图文(5)

吕梁学院本科毕业论文（设计）

图4-5 C60的HOMO和LUMO轨道图

图4-6 C70的HOMO和LUMO轨道图

通过观察C60和C70的最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）的轨道图，根据分

子杂化轨道理论，因为C60和C70分子中碳原子与另外三个碳原子沿球面方向形成σ键，形成碳笼结构，而π电子云则垂直分布在球面两侧，形成大π键，所以C60和C70分子均具有球芳香性。

为了检测结论的准确性，本文采用GIAO-B3LYP的方法，3-21G基组对C60和C70的芳香性进行计算[11]，即计算C60和C70构型的核独立化学位移（NICS)值。NICS是一种分子芳香性的判断依据，计算NICS的值时参考点试探原子选在位于环或笼的中心（0.00nm）、距面垂直距离分别为0.50nm、1.00nm处。

表5 C60、C70稳定构型的NICS值

方法

基组

团簇

0.00nm

NICS 0.05nm

1.00nm

9

吕梁学院本科毕业论文（设计）

DFT

C60 3-21G

C70

-69.3303

-78.4209

-69.3427

-79.4209

-69.3367

-79.5608

在计算物质芳香性的理论研究时，计算得NICS的为负值表示具有芳香性，正值表示具有反芳香性，当NICS值接近于0时，表现为非芳香性，负值的绝对值越大，表现为芳香性越强。由表5观察数据可以看出，在3-21G基组下C60和C70的NICS值均是负值，所以C60和C70都具有芳香性。

第5章 结 论

本文在研究分子时，运用GaussianView软件搭建分子结构，使用半经验方法、密度泛函方法（DET）中3-21G，6-31G不同的基组对各种分子结构进行优化，计算并理论分析了C60和C70的结构特点、稳定性、芳香性。主要结论如下：

(1)结构特点：C60和C70均为三维结构，无平面结构，均有五元环和六元环两种碳环，利用Gaussian09软件计算出了富勒烯C60和C70的键长、键角、二面角，且平均键长分别为1.4352317nm和1.4134571nm ，能量分别为-2270.96031au和-2635.61002au。

(2)稳定性：分别在3-21G和6-31G两组基组下计算得稳定结构富勒烯C60和C70的隙能（Eg)，并与已有数据进行比较，发现富勒烯结构的稳定性与隙能(Eg)的大小有一定的关系，隙能（Eg）值较小时，则认为稳定性差，化学性质较活泼，反之，Eg值较大时，富勒烯的稳定性较好。