Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của một số cluster boron bằng phương pháp hóa học lượng tử

• Tác giả: Duong Van Long
• Người hướng dẫn: Prof. Nguyen Minh Tho
• Trường học: Quy Nhon University
• Chuyên ngành: Theoretical and Physical Chemistry
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Trúc Và Tính Thơm Của Các Cụm Boron Bằng Hóa Học Lượng Tử
• Loại tài liệu: Doctoral Dissertation
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Binh Dinh

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENTS
• GENERAL INTRODUCTION. GENERAL INTRODUCTION
• 1.1. Objectives and scope of the research
• 1.2. Novelty and scientific significance
• 1.3. Overview of the research
• 1.4. Objectives of the research
• 1.5. Search for lower-lying isomers
• 1.6. ELF – The electron localization function
• 1.7. Ring current maps
• 1.8. Bond order and net atomic charge
• 2. THEORETICAL BACKGROUNDS AND COMPUTATIONAL METHODS
• 2.1. Theoretical backgrounds of computational quantum chemistry
• 2.2. Schrödinger equation
• 2.3. The Born–Oppenheimer Approximation
• 2.4. Ab initio computational method
• 2.5. The Hartree-Fock Method
• 2.6. Density Functional Theory. Benchmarking the functional and basis set in DFT. Post-Hartree-Fock methods. Aromaticity models in boron clusters. The Hückel and Baird rules. Hollow cylinder model.
• 3. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. The Hückel rule and the ribbon model: The cases of B2Si3 and B3Si2 clusters
• 3.1.1. Motivation for the study
• 3.1.2. The benchmarking tests
• 3.1.3. Ribbon aromaticity model versus the Hückel electron count
• 3.2. The disk aromaticity on the quasi-planar boron cluster B70 0/2- 3
• 3.2.1. Motivation of the study
• 3.2.2. The quasi-planar B70 0/2- 3
• 3.2.3. Disk model and electron count rule
• 3.3. Binary boron lithium clusters B12Lin with n = 1–14: the disk-cone model for the B12Li4 cluster
• 3.3.1. Motivation of the study
• 3.3.2. The growth pattern of B12Lin with n = 0 – 14
• 3.3.3. Relative stabilities of clusters
• 3.3.4. A mixed cone-disk model
• 3.3.5. B14FeLi2 and the hollow cylinder model
• 3.3.6. Motivation of the study
• 3.3.7. Stability of B14FeLi2 and its potential applications
• GENERAL CONCLUSIONS AND FUTURE DIRECTIONS
• LIST OF PUBLICATIONS CONTRIBUTING TO THE DISSERTATION

I. Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của cụm boron

Nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của các cụm boron là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học lượng tử. Các cụm boron có cấu trúc phức tạp và tính chất hóa học độc đáo, điều này khiến chúng trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính thơm của các cụm này không chỉ giúp mở rộng kiến thức về hóa học mà còn có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như vật liệu mới và công nghệ nano.

1.1. Định nghĩa và vai trò của cụm boron trong hóa học

Cụm boron được định nghĩa là một nhóm các nguyên tử boron liên kết với nhau. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các tính chất hóa học và vật lý của vật liệu. Các cụm này có thể thể hiện tính thơm, một đặc tính quan trọng trong hóa học hữu cơ.

1.2. Tính chất hóa học của boron và ứng dụng thực tiễn

Boron có nhiều tính chất hóa học đặc biệt, bao gồm khả năng hình thành các liên kết mạnh và cấu trúc đa dạng. Những tính chất này làm cho boron trở thành nguyên liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong công nghệ nano và vật liệu siêu dẫn.

II. Thách thức trong nghiên cứu cấu trúc cụm boron

Mặc dù nghiên cứu cấu trúc của các cụm boron đã có nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua. Các vấn đề như xác định chính xác cấu trúc và tính thơm của các cụm boron vẫn đang là một bài toán khó trong hóa học lượng tử. Sự phức tạp trong cấu trúc của các cụm này đòi hỏi các phương pháp tính toán tiên tiến và chính xác.

2.1. Khó khăn trong việc xác định cấu trúc

Việc xác định cấu trúc của các cụm boron gặp khó khăn do sự đa dạng trong hình dạng và kích thước của chúng. Các phương pháp tính toán hiện tại cần được cải tiến để có thể mô phỏng chính xác hơn.

2.2. Thách thức trong việc nghiên cứu tính thơm

Tính thơm của các cụm boron không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc mà còn vào số lượng electron. Việc áp dụng các mô hình tính toán phù hợp là rất cần thiết để hiểu rõ hơn về tính chất này.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của cụm boron

Để nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của các cụm boron, nhiều phương pháp hóa học lượng tử đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm lý thuyết Hartree-Fock, lý thuyết chức năng mật độ (DFT) và các phương pháp tính toán tiên tiến khác. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Lý thuyết Hartree Fock trong nghiên cứu boron

Lý thuyết Hartree-Fock là một trong những phương pháp cơ bản trong hóa học lượng tử. Nó giúp xác định cấu trúc điện tử của các cụm boron, từ đó suy ra tính chất hóa học của chúng.

3.2. Lý thuyết chức năng mật độ DFT và ứng dụng

Lý thuyết DFT là một công cụ mạnh mẽ trong nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của các cụm boron. Phương pháp này cho phép tính toán chính xác hơn về năng lượng và cấu trúc của các cụm.

IV. Kết quả nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của cụm boron

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các cụm boron có thể tồn tại trong nhiều cấu trúc khác nhau, mỗi cấu trúc lại thể hiện tính thơm khác nhau. Các mô hình như mô hình đĩa và mô hình ruy băng đã được áp dụng để giải thích các kết quả này. Những phát hiện này không chỉ làm sáng tỏ tính chất của boron mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu vật liệu.

4.1. Các mô hình cấu trúc và tính thơm

Các mô hình cấu trúc như mô hình đĩa và mô hình ruy băng đã được sử dụng để phân tích tính thơm của các cụm boron. Những mô hình này giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố electron trong các cụm.

4.2. Ứng dụng của các cụm boron trong công nghệ

Các cụm boron có tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghệ nano và vật liệu mới. Chúng có thể được sử dụng để phát triển các vật liệu siêu dẫn và các thiết bị điện tử tiên tiến.

V. Kết luận và hướng đi tương lai trong nghiên cứu boron

Nghiên cứu cấu trúc và tính thơm của các cụm boron đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được giải quyết. Hướng đi tương lai có thể bao gồm việc phát triển các phương pháp tính toán mới và mở rộng nghiên cứu sang các cụm boron có cấu trúc phức tạp hơn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo sẽ giúp làm rõ hơn về tính chất của các cụm boron và mở rộng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Hướng phát triển công nghệ mới từ boron

Việc phát triển công nghệ mới từ các cụm boron có thể dẫn đến những đột phá trong vật liệu và công nghệ nano, mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu và ứng dụng.