论文摘要：硼、氮和准平面四配位碳掺杂碳纳米管结构和性质的理论研究

??? 采用密度泛函理论，我们在本论文中研究了三种不同掺杂类型的碳纳米管：硼和氮原子掺杂(4,4)和(8,0)碳纳米管所得到的非周期BxCyNx (x, y>0)纳米管；不同周期长度的BC2N(4,4)和BC2N(8,0)纳米管；掺杂多个准平面四配位碳原子(mqptC)的硼碳纳米管。主要研究内容包括如下三个部分：
1. 在B3LYP/6-31G*水平上，我们优化了硼和氮原子掺杂(4,4)和(8,0)碳纳米管BCyN (y=1-4,6和8)、B3CyN3 (y=2和4)、B2CN2、以及BN纳米管的结构。计算结果表明, 硼和氮原子掺杂(8,0)碳纳米管的方式是从(8,0)碳纳米管底部向顶部逐层掺杂；而硼和氮原子掺杂(4,4)碳纳米管的掺杂方式与掺杂(8,0)碳纳米管有所不同，当BN层数比(4,4)碳纳米管的层数少1时，硼和氮原子位于(4,4)碳纳米管的中间位置，顶部和底端都是碳原子，其他情况与掺杂(8,0)碳纳米管的方式一致。硼和氮原子掺杂的(4,4)和(8,0)纳米管的能隙处于5.51和6.38eV 之间，与实验上所测的5.5eV的结果很好的吻合。此外，BC2N和BCN纳米管的能隙与之前的理论和实验结果很接近。掺杂(4,4)和掺杂(8,0)碳纳米管所得到的相同类型和原子数的BxCyNx纳米管的能隙变化趋势一致，但掺杂(4,4)碳纳米管的能隙大于掺杂的(8,0)碳纳米管。
2. 我们构建了7种不同周期长度的C(4,4)纳米管和4种不同周期长度的BC2N(4,4)和BC2N(8,0)纳米管，然后采用MS中Dmol3模块上广义梯度近似GGA中的BLYP关联函数，以DND为基组，优化了周期性的C(4,4)j (j=1-7)，BC2N(4,4)j和BC2N(8,0)j (j=2, 4, 6和8)纳米管的几何构型，计算了它们的能带结构和态密度。计算结果发现，随着周期长度的增加，C(4,4)纳米管的带隙逐渐增大，由金属性转变为半导体性；所有的BC2N(4,4)纳米管和BC2N(8,0)纳米管都显半导体性。而且，不论是纯的C(4,4)纳米管还是经过硼和氮原子掺杂后所得到的BC2N(4,4) 和BC2N(8,0)纳米管，当其周期长度不同时，带隙都有较大的变化，因此可以通过改变周期长度来调节碳纳米管和硼氮掺杂碳纳米管BC2N的电学性质。
3. 在B3LYP/6-31G*水平上，我们计算了多个准平面四配位碳(mqptC)掺杂(6,0)碳纳米管所得到的BC(6,0,i,j) (i=1,2 j=2-4) 纳米管的结构和能隙。发现在锯齿型的包含mqptC的BC(6,0,i,j) (i=1,2 j=2-4)纳米管中，碳层处在纳米管中B原子的上方，而且纳米管中的C(6,0)纳米管部分没有太大变化，该管中存在十元环的孔穴。BC(6,0,1,j) (j=2-4)纳米管的能隙值随着碳纳米管的层数增多而变小，而BC(6,0,2,j) (j=2-4)纳米管的能隙值随着C层数的增多先变大然后趋于不变，并且BC(6,0,1,j) (j=2-4)纳米管的能隙大于BC(6,0,2,j) (j=2-4)纳米管。

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