Ni原子表面吸附和笼内封装掺杂硼富勒烯B40的功能化应用研究

新型非碳纳米结构的研究一直广受关注.因零维硼元素富勒烯笼状结构B40的实验合成,以及新型的硼富勒烯可能具有类似于碳富勒烯(如C60)一样重要的学术价值和应用前景,关于B40更进一步的功能化应用研究变得十分必要.采用第一原理,文章开展了过渡金属元素Ni对硼富勒烯B40进行表面化学吸附及笼内封装的功能化应用研究.计算结果表明,无论Ni原子在B40表面吸附还是笼内封装,均可与B40表面的B原子相结合形成Ni-B键,对应形成不同的稳定的金属富勒烯复合结构.且,Ni原子掺杂B40所形成的金属富勒烯复合产物结合能约5.18～7.12 eV/atom,表明Ni原子与B40的表面吸附和笼内封装属于化学作用过程,所形成的金属富勒烯复合产物具有较高的稳定性.对金属富勒烯复合产物的电子特性和磁性进行计算,发现:Ni原子表面吸附和内嵌的金属富勒烯复合结构,由于Ni原子的掺杂引入,其能隙相对于全硼富勒烯B40均有一定程度的减小;同时,磁性Ni原子与全硼富勒烯作用后,通过轨道电子的转移,Ni原子磁性完全消失而B40富勒烯笼内的B原子不产生自旋极化,因而金属富勒烯的总磁矩均为零.这种通过Ni的掺杂可调整富勒烯分子结构能隙又同时保持整个体系的磁矩为零的电子特点,对于此类金属富勒烯作为半导体分子器件的应用非常有意义.