Ultrastrong Regulation Effect of the Electric Field on the All‐Carboatomic Ring Cyclo[18]Carbon**

轨道能级差 电子 碳纤维 材料科学 极化率 电场 化学 分子物理学 物理 分子 有机化学 量子力学 复合数 复合材料
作者
Tian Lu,Qinxue Chen
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:22 (4): 386-395 被引量:147
标识
DOI:10.1002/cphc.202000903
摘要

Cyclo[18]carbon has a very unique geometry and electronic structure. We found that an external electric field (EEF) has an ultrastrong regulation effect on various aspects of the cyclo[18]carbon: (1) The EEF makes the shape of the cyclo[18]carbon change from a circle to an oval, the elongation is particularly striking at a large EEF magnitude. (2) The EEF causes a huge polarization of distribution of in-plane π electrons, and strong EEF can even make some of the electrons detached from the carbon ring (3) EEF significantly lowers LUMO energy and reduces HOMO-LUMO gap (4) Large EEF leads to absorption band in the visible light range and thus makes the cyclo[18]carbon display color (5) Strong EEF causes a large number of new absorption peaks in IR spectrum. We also carefully analyzed how EEF deforms structure of the cyclo[18]carbon from the perspective of atomic forces and decomposition of energy variation, and the reason why the in-plane π electrons are much more polarizable by EEF than the out-of-plane π electrons is discussed. Moreover, we demonstrated that it is feasible to equivalently apply a strong EEF on the cyclo[18]carbon via a purely chemical and thus a more easily achieve way, namely introducing divalent alkaline earth metal cation.
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