零维纳米结构单元.ppt

第三章零维纳米结构单元DifferentsamplesofCdSenanocrystalsintoluenesolution
可以进行全波段发光。颜色由禁带宽度决定。团簇(cluster)

1定义：
原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于lnm)。
它介于单个原子与固体之间。
其研究从20世纪70年代中期开始,是多学科的交叉。
如Fen，CunSm，CnHm(n和m都是整数)和碳簇(富勒烯C60，C70等)等。团簇往往产生于非平衡条件，很难在平衡的气相中产生。
对于尺寸较小的团簇，每增加一个原子，团簇的结构发生变化，称为重构。

而当团簇大小达到一定尺寸时，变成大块固体的结构，此时除了表面原子存在驰豫(不同电子态引起的原子平衡位置不同）外，增加原子不再发生重构，其性质也不会发生显著改变，这就是临界尺寸。2原子团簇的分类：

（1）一元原子团簇，如：Nan,Nin，C60,C70
（2）二元团簇，如：InnPm,AgnSm
（3）多元团簇，如：Vn(C6H6)m
（4）原子簇化合物，是原子团簇与其它分子以配位键结合形成的化合物（例如，某些含Fe-S团簇的蛋白质分子）。

形状多样化：线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。团簇的幻数：

在各种团簇的质谱分析中，有一个共同的规律：
在团簇的丰度随着所含原子数目n的增大而缓慢下降的过程中，在某些特定值n=N，出现突然增强的峰值，表明具有这些特定原子（分子）数目的团簇具有特别高的热力学稳定性。这个数目N就叫做团簇的幻数（MagicNumber）。

这种特征，与原子中的电子状态，原子核中的核子状态很相似，表明团簇也具有壳层结构（shellstructure）。这与团簇的对称性和相互作用势密切相关。幻数稳定团簇(magiccluster)是指特定原子数目的团簇具有闭合的电子或原子壳层结构，因此稳定性极高。这里特定的原子数目称作幻数(magicnumber)。

幻数是一系列分离的数。团簇中的原子个数只有等于幻数时,才会具有极高的稳定性。
已知的幻数有
２、８、２０、２８、５０、８２、１２６、

3原子团簇的奇异的特性：
（1）极大的比表面。
（2）异常高的化学和催化活性。metal
（3）光的量子尺寸效应和非线性效应。
（4）电导的几何尺寸效应。carbon
（5）C60掺杂及掺包原子的导电性和超导性。
（6）碳管、碳葱的导电性。4当前能大量制备并分离的团簇是C60及富勒烯（fullerenes）
众所周知，碳有两种同素异构体：
一种是金刚石；一种是石墨。无定型碳
SP3SP2
C60的发现大大丰富了人们对碳的认识，由C60紧密堆垛组成了第三代碳晶体。新型碳基纳米材料早在上世纪的60年代，美国科学家D．Jones根据量子力学理论提出了由石墨片卷曲形成空心笼状分子的设想，通过计算指出，这种“石墨气球”分子的直径可能达到100纳米。
70年代，日本化学家大泽在研究超芳香性碳氢化合物时也描述过截角二十面体分子，并预言了C60H60的存在。
70年代以来，俄罗斯科学家D．A．Bochvar和E．G．Galpern以及美国R．A．Davidson等采用休克尔分子轨道法和群论技术，也提出了由12个五边形和20个六边形组成的碳多面体的设想。但由于传统观念的束缚和缺乏实验依据，在当时并未引起人们的重视。物理学家关于利用原子簇进行星际尘埃的研究，首先为C60的发现打开了一道缺口。
1983年，美国物理学家D．R．Huffman和德国W．Kratschmer等人合作，氦气气氛中使石墨电极间放电产生原子簇的方法，测量不同形式的炭烟的远紫外光谱和拉曼光谱，发现炭灰样品在远紫外区出现强烈的吸收带，产生了形似驼峰的独特双峰，霍夫曼等形象地称之为“骆驼样品”（theCamelSample）。但他们并没有意识到这两个双峰意味着什么，也未进一步深入研究。1984年，美国天体物理学家罗尔芬（E．A．Rohlfing）为了解释星际尘埃的组成，进行了关于星际尘埃中长碳链原子簇的研究。
采用大功率、短脉冲激光发生器使石墨蒸发，在飞行时间质谱仪上观察到，在碳原子数n=60和n=70处出现了明显的特征峰，说明炭灰中存在着包含60和70个碳原子的原子团簇。
这实际上就是后来发现的C60和C70。遗憾的是，罗尔芬等由于过分注重实验结果，没有意识到碳元素新成员的存在，而只是简单主观地归结为碳原子团簇的线性链结构，痛失发现C60的大好机会，最终使这一荣誉幸运地落到了克罗托和斯莫利等人的头上。1985年，Smalley与英国的Kroto等人在瑞斯(Rice)大学的实验室采用激光轰击石墨靶，使石墨中的碳原子汽化，用氦气流把气态碳原子送入真空室。迅速冷却后形成碳原子簇，并用苯来收集碳团簇、用质谱仪分析发现了由60个碳原子构成的