Карпенко О. С. Квантово-хімічне моделювання графеноподібних нанокластерів

Методом DFT (U-B3LYP, 6-31G (d,p)) виконані розрахунки рівноважної будови вуглецевих нанокластерів (ВНК) гексагональної форми С6 С294 та властивостей як бездефектних, так і таких, які містять вакансії або впроваджені у графенову сітку атоми N (розділи 2 – 4). Встановлено, що основний електронний стан (ОЕС) ВНК С54 – С294 і дефектовмісних, а також систем, отриманих з ПАМ С96Н24 видаленням з молекули одного чи двох атомів Карбону, – не є синглетним. У бездефектного та дефектовмісних кластерах молекулярні орбіталі (МО), розподілені по подвійним (і майже потрійним) зв'язкам крайового циклічного ланцюга, залишаються вакантними, хоча відповідні їм енергії виявляються нижчими енергії деяких зайнятих фронтальних МО. ОЕС ізомерів ВНК С95N у залежності від положення у них атома N – не дублетний. Максимум лінії рівня N1s у спектрах кластерів С95N, С94N2 та С93N3 характеризується позитивним хімічним зсувом щодо положення цієї лінії у молекулі метиламіну. Реакція дисоціативної адсорбції молекули Н2 на азот- і боровмісних матрицях – екзотермічна, а для моделі чистої вуглецевої матриці – ендотермічна (розділ 5). Енергетичні параметри хемосорбції вказують на неефективність використання виключно вуглецевих матеріалів для хімічної адсорбції молекули Н2 Каталітичну активність допованого N графену в реакції відновлення кисню (РВК) можна пояснити двома факторами: малою шириною забороненої зони в азотовмісних кластерах і активацією атомів С атомами N (розділ 6). Ключові слова: графен, ВНК, метод DFT, вакансії, дефектовмісні кластери, спінові стани, допування атомами N та В, РВК.