题目：包含平面四配位碳纳米材料的第一性原理研究

本论文采用密度泛函理论 (DFT)，研究了三类新型的包含平面四配位碳(ptC)的化合物：包含多个ptC的C3B2二维周期性体系；包含多个准平面四配位碳(qptC)的C3B2纳米管以及包含多个qptC的笼状大分子化合物的结构、稳定性和电学性质。主要的研究内容和结论概括如下：
1. 本章构建了包含多个ptC或qptC的二维周期性C3B2片段和一维周期性C3B2纳米管。在MS软件DMOL3模块中采用PBE关联梯度修正泛函，双数值加极化基组(DNP)全电子GGA自旋非限制计算方法，研究了C3B2片段以及C3B2纳米管的结构、稳定性和电学性质。计算结果表明：C3B2片段结构的稳定性和硼原子有很大的关系，硼原子起给予s电子和接受π电子的作用。C3B2片段是有0.84eV带隙的半导体。C3B2纳米管的性质和卷曲方式有关，其中扶手椅式纳米管是直接带隙半导体，锯齿型纳米管是间接带隙半导体。
2. 以包含一个ptC原子的稳定结构C3B2H4作为基本结构基元，构建了三种包含多个ptC的笼状大分子化合物C36B24、C45B30、C54B36的初始原子模型。通过基于密度泛函的第一性原理计算方法比较研究了C36B24、C45B30、C54B36分子与富勒烯C60、C90团簇的结构、稳定性和电学性质。研究发现：C36B24、C45B30、C54B36笼状分子对称性保持不变，ptC原子位置向外凸出；最低振动频率为84，94，82cm-1；HOMO-LUMO能隙为3.369，3.405，3.578eV。C36B24分子的电离能和电子亲和能分别为7.056eV和1.543eV。此类笼状大分子具有类似于C60、C90团簇的丰富化学性质。