Исследование устойчивости и энергетических характеристик протяженных азотных нанотрубок в рамках теории функционала плотности

В рамках теории функционала плотности с обменно-корреляционным функционалом B3LYP и электронным базисом 6-31G(d) исследованы структурные, энергетические и электронные свойства, а также устойчивость протяженных кресельных и зигзагообразных азотных нанотрубок длиной ≈ 3 нм. Изучено влияние концов нанотрубок на их устойчивость: рассматривались как закрытые полусферическими окончаниями концы, так и открытые трубки, пассивированные атомами водорода и гидроксильными группами. Согласно проведенным расчетам, исходные азотные нанотрубки с открытыми и непассивированными концами — нестабильны. Как закрытые, так и пассивированные концы обеспечивают термодинамическую устойчивость только для (3, 0) и (4, 0) зигзагообразных азотных нанотрубок. Рассчитанные частотные спектры этих двух трубок подтверждают их динамическую устойчивость. Подчеркнем, что указанные протяженные нанотрубки устойчивы при нормальных условиях, т. е. при отсутствии внешних факторов, таких как давление, пространственное ограничение и т. д. Рассчитанные энергетические щели для стабильных протяженных систем составляют около 4 эВ, поэтому их можно отнести к классу изоляторов. Показано, что азотные нанотрубки способны накапливать большое количество энергии и могут использоваться в качестве основы для новых материалов с высокой плотностью энергии. Мы ожидаем, что азотные нанотрубки с указанными хиральностями устойчивы и при больших эффективных длинах.

1. Российский фонд фундаментальных исследований - 18-32-20139 mol_a_ved