金纳米管稳定性和电子结构研究

色泽艳丽的金是金属中的“贵族”，长久以来它被广泛地用作货币和装饰品。金的块体材料具有良好的导电导热特性、良好的延展性和良好的化学稳定性。

近年来金纳米结构的奇异性引起了人们广泛的兴趣。2003年，美国华盛顿州立大学 Wang Lai-Sheng教授的课题组基于光电子能谱的实验结果，报告了20个金原子组成的正四面体的“金字塔”结构(Science 299, 864)是其最稳定结构；2004年, 复旦大学龚新高教授 (PRB 70,205401)和芬兰的Johansson等人(AngewChemIntEd 43, 2678) 从理论上预言了32个金原子组成的Ih对称性的、球型芳香性的中空全金属富勒烯是其最稳定的结构；2007年，Zhao等人(JPC A111,411)预言了50个金原子组成的球型芳香性的基态中空富勒烯结构；2008年，Karttunen等人(ChemCommun 4, 465)研究了72个金原子组成的手性的、球型芳香性的、I对称性的富勒烯。这些中空金富勒烯的预言为它们的应用提供了广阔的想象空间。

最近，河北师范大学凝聚态物理专业博士生王静与导师刘英教授和李有成教授等合作，采用密度泛函理论，对Aun(n=32+5m)的中空纳米管(如图)的结构稳定性和电子结构进行了广泛的探索，研究发现Au37,42,47纳米管状结构具有较高的结构稳定性。在国际上首次预言了42个金原子组成的大的、中空纳米管结构是具有比密积结构更强稳定性的基态结构。研究结果表明，金纳米管在Au32、 Au37、 Au42、Au47的范围内存在着半导体性-导体性的交替变化，研究结果发表在10月3日出版的《化学物理学杂志》（Journal of Chemical Physics）上。

该工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金项目和河北省自然科学基金项目的部分资助。