Влияние DFT-функционала на энергетические и электронные характеристики углеродных соединений с нетрадиционной геометрией каркаса

В представленной работе показано насколько сильно энергетические и электронные свойства углеродных структур с нетрадиционной геометрией каркаса, рассчитанные с помощью теории функционала плотности (DFT), зависят от выбора DFT-функционала, на примере семейства углеродных [n,5]призманов. Для сравнительного анализа мы использовали такие характеристики молекулярной системы, как энергия связи и разность энергий между высшей занятой молекулярной орбиталью и низшей вакантной молекулярной орбиталью (HOMO-LUMO щель). Мы рассчитали энергии связи и HOMO-LUMO щели с помощью семи различных функционалов B3LYP, X3LYP, M11, B3PW91, PBE0, PW и PBE, которые относятся к обобщенному градиентному приближению и к гибридным функционалам. Для всех функционалов использовался базисный набор 6-31G(d). Показано, что энергии связи, полученные для длинных [n,5]призманов с эффективной длиной ~150 Å с использованием различных DFT-функционалов, могут различаться в 1.1 раза, а соответствующие значения HOMO-LUMO щелей – в 23 раза. Дополнительные прецизионные расчеты [2,5]призмана на уровне теории CCSD(T) позволили сделать вывод, что для определения энергий связи углеродных наноструктур с нетрадиционным каркасом, гибридные функционалы B3LYP, X3LYP и M11, возможно, являются лучшим решением, тогда как для оценки HOMO-LUMO щелей наиболее близкий к CCSD(T) результат дает гибридный функционал M11. Настоящее исследование представляет методологический интерес для проведения адекватных расчетов в рамках теории функционала плотности новых наноматериалов с нетрадиционным углеродным каркасом, таких как гиперкубан, фуллереновые композиты или колонный графен.