分子CnX4(n=28,40;X=H,F,Cl)的振动光谱的密度泛函理论研究

本文中,首先证明了nX4(n=28,40;X=H,F,Cl)分子最稳定的结构具有Td对称性.利用密度泛函理论研究了nX4的振动光谱.从频率分析中我们得到当修饰性的原子位于Td寸称性的C28X4和C40X4的势能面上的4个顶点时,分子的能量具有最低值.我们还将CnX4(n=28,40;X=H,F,Cl)和CX4的振动光谱进行对比,得出笼的骨架振动.频率分析中具有最大波数的频率对应分子的笼骨架振动,所以对于C28X4(X=H,F,Cl)或C40X4(=H,F,Cl)来说,修饰原子的改变对这个频率值基本上没有影响.但是碳笼骨架上碳原子数的改变对这个频率的影响非常大.     

用密度泛函理论研究非诺贝特的构象和振动光谱

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G*水平上对降血酯药物非诺贝特的构象和振动光谱进行了研究,得到了非诺贝特分子的平衡结构参数,并同文献中报道的非诺贝特晶体结构进行了比较,计算了目标分子在平衡构型下的振动基频和强度,计算结果表明,能量最低的构象其构型参数与实验值吻合最好,键长和键角分别只相差0.0123 A和1.52°,计算得到的红外图谱与实验结果相吻合,根据DFT计算的振动模式和IR光谱强度值对目标分子的实验振动基频进行了合理的指认和解释.     

N2O与HX(X=F,Cl,Br)分子间作用的电子密度拓扑研究

运用量子化学微扰理论MP2方法和密度泛函B3LYP方法,采用6-311++G(d,p)基组,对N_2O分子与HX(X=F,Cl,Br)分子形成的氢键复合物进行构型优化和能量计算。利用电子密度拓扑分析方法对氢键复合物的拓扑性质进行了分析,探讨了分子间氢键作用的本质。研究结果表明,N_2O分子与HX(X=F,Cl,Br)分子间可形成O…H-X和N…H-X 2类氢键;形成氢键后,作为电子受体的HX(X=F,Cl,Br)分子中的H-X键键长增加振动频率减小;氢键作用能按照NNO…HF、NNO…HCl、NNO…HBr和ONN…HF、ONN…HCl、ONN…HBr的顺序递减;氢键形成过程中存在从电子给体到电子受体的电荷转移。复合物体系中的氢键作用介于共价键和离子键之间,并且以静电作用为主。     

H2O和O2在Al(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一原理密度泛函理论中的广义梯度近似计算方法对H2O和O2分子在Al(111)表面的吸附性质进行了结构、能量和电子分析,系统研究了这2种气体分子在Al(111)表面的吸附行为及其与Al(111)表面的相互作用机理。计算结果表明：H2O分子易在Al(111)表面的top位吸附且构型倾斜时最稳定,整个吸附过程为弱的化学吸附;吸附过程中表面铝原子的电子向H2O分子发生转移,H2O分子自身的构型仅受微扰作用。O2分子在Al(111)表面的吸附倾向于以分子键平行于表面,表面铝原子向O2分子的电荷转移是O2分子解离的驱动力,吸附过程中O2分子易发生解离,解离后的氧原子稳定吸附于fcc位,其次为hcp位,整个吸附过程为强的化学吸附。     

用密度泛函研究(ηx-C6H6)Mo(CO)n复合物单态和三重态相互作用

用密度泛函理论在B3LYP/LANL2DZ基组水平上计算(ηx-C6H6)Mo(CO)n(x=1-6;n=1-5)的可能构型的自由优化及相互作用能,研究不同羰基数对复合物稳定性、苯和羰基钼相互作用的影响,并NBO分析苯和羰基钼的相互作用.结论(1)苯以η6与Mo(CO)n(n=1-5)配位所形成的复合物很稳定,且η6配...     

电场作用下金属串配合物[Cr_3(dpza)_4L_2](L=Cl,NCS)的结构

用UBP86方法研究了金属串配合物[Cr_3(dpza)_4Cl_2](1)和[Cr_3(dpza)_4(NCS)_2](2)在外电场作用下的几何和电子结构的变化规律。发现随电场增大,高电势端的Cr-Cl和Cr-N键增长,而低电势端的Cr-Cl和Cr-N键缩短。轴向配体L的负电荷由低电势端向高电势端转移,1中原子的自旋密度变化很小,2中低电势端的Cr原子和L的自旋密度变化较明显。随电场增大,分子能量下降,偶极矩呈线性增大:HOMO和HOMO-1轨道能升高且轨道分布移向低电势端,相反,LUMO轨道能减小且轨道分布移向高电势端,使HOMO-LUMO能隙减小,有利于金属链的导电性。电场对2的上述结构和性质的影响尤为显著。     

Cr(CO)_n(n=1-5)与C_6 H_6相互作用的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/LANL2DZ基组水平上对(η~x-C_6H_6)Cr(CO)_n(x=1-6;n=1-5)复合物体系的可能构型进行了自由优化及相互作用能的计算,研究了不同羰基数对复合物稳定性、苯和羰基铬相互作用的影响,并对苯和羰基铬相互作用进行了NBO分析。得到以下结论:(1)当n≤3时,苯与Cr(CO)_n以η~6配位;当n≥4时,苯与Cr(CO)_n以η~2配位;(2)最稳定复合物中随羰基数的增加Cr-C_(benzene)平均键长增长,最大二面角H-C-C-H偏离碳环的角度随复合物对称性降低而逐渐增大;(3)当n为奇数时,复合物相互作用主要表现为苯C-C键的π轨道和Cr-CO键的σ反键轨道;当n为偶数时,复合物相互作用主要表现为苯C-C键的π轨道或π~*轨道与Cr的孤对电子轨道;(4)复合物羰基数越多,最稳定复合物的相互作用能数值越大,稳定性越小。     

F~-在γ-Al_2O_3(110)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论广义梯度近似平面波赝势法结合周期平板模型,研究F离子在γ-Al_2O_3(110)非极性表面的吸附行为,分析了F~-离子在其表面不同吸附位以及不同覆盖度下吸附构型和电子特性。结果表明:表面配位不饱和的Al为F~-离子活性吸附位,F离子在γ-Al_2O_3(110)表面化学吸附后形成F-Al键促使F~-离子活化;F~-离子在Al_Ⅲ(1)桥位吸附时最稳定。随着覆盖度增加,吸附能增大,F离子与表层原子的距离(d_(F~--surf)缩短:同时表面吸附F离子引起表层及次表层原子层间距发生不同程度偏移,最大幅度为10.07%。差分电荷密度与电子态密度分析指出,F离子在γ-Al_2O_3(110)表面吸附主要是由F~-离子2s和2p轨道与γ-Al_2O_3基底Al的3p轨道相互作用所致。     

CO2在Fe(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用量子化学的密度泛函理论,研究二氧化碳在Fe(111)表面的可能吸附态(M1-M5),计算出稳定的吸附构型和吸附能.结果表明,当CO2的O与表面形成强O-Fe双吸附键(M2,M5)时,吸附能最大,为强化学吸附;形成较弱双吸附键C-Fe及配位键O-Fe(M3)时,吸附能次之;当CO2垂直底物表面吸附(M4)时,氧原子只能与Fe原子形成单键,吸附力很弱,为弱物理吸附;在M1吸附模式中,CO2分子的C原子吸附在Fe原子上,M1的吸附能也不太大,约为1.87 ev,属于弱化学吸附.Mullik-en电荷计算表明,当吸附分子CO2电荷愈负,与底物的吸附力愈强,与吸附能的计算结果相一致,同时由于电子转移形成CO2x-,导致金属失去电子而易被腐蚀.     

富勒烯D_(3h)-C_(74)与氟原子相互作用的密度泛函理论研究

在密度泛函B3LYP/3-21G(d)水平下研究了D_(3h)-C_(74)与氟原子之间的自由基反应,在笼外一定距离扫描得到了氟原子与C_(74)笼相互作用的势能面,优化代表区中关键点的结构和能量得到了可能的自由基异构体,结果显示D_(34)-C_(74)F有9种自由基异构体。另外,探寻了各自由基异构体之间的过渡态和氟原子在不同关键点之间转化的反应机理,反应路径分析表明在两两异构体之间有且只有一个过渡态,即它们之间的反应是一步反应。除此之外,分析了9种自由基异构体的自旋密度并预测了第二个氟原子进攻的首选位置,同时采用密度泛函理论进一步讨论了由最稳定的自由基异构体加成得到的双氟衍生物C_(74)F_2的稳定性,结果表明第二个自由基氟原子和C_(74)F发生加成反应时主要以1,4-加成为主。     

茂金属卡宾配合物{(eta~5-C_5H_5)MoX(CO)_2[C(CH_2)_2CH_2O]}(X:Cl、Br、I)的电子结构研究

运用G98W程序,采用Lanl2dz基组,对茂金属配合物{(eta~5-C_5H_5)MoX(CO)_2[C(CH_2)_2CH_2O]}(X:Cl、Br、I)进行从头算研究,探讨配合物结构单元的稳定性、分子轨道能量、原子净电荷布居规律,以及一些前沿分子轨道的组成特征等。结果表明,标题配合物结构在能量上是稳定的,因而能作为结构单元而存在。为茂金属配合物的合成、分子组装提供理论参考。     

ZnX_2-AgX(X=Cl,Br)体系的热力学评估

锌银的卤化物熔盐在电池、光学玻璃等方面具有重要的用途,而含卤化锌熔盐因其强烈吸水性和易玻璃化,相图实验测试大受限制。本文利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)技术,热力学评估计算了ZnX_2-AgX(X=Cl,Br)体系在整个成分范围内的平衡相图,建立了相图与热力学数据库。评估过程中均采用双亚晶格离子溶液模型(Ag~+)_p:(X~-,ZnX_2)_Q描述体系液相结构。通过对已有的相图和热力学实验数据的精确评估,优化计算了ZnCl_2-AgCl体系在768 K,ZnBr_2-AgBr体系在773 K时的液相混合焓,分别获得自洽的热力学参数,计算结果与实验值非常吻合。     

茂金属卡宾配合物{(eta5-C5H5)MoX(CO)2[C(CH2)2CH2O]}(X:Cl、Br、I)的电子结构研究

运用G98W程序，采用Lanl2dz基组，对藏金属配合物{（eta^5-C5H5)MoX(CO)2[C(CH2)2CH2O]}（X：Cl、Br、I）进行从头算研究，探讨配合物结构单元的稳定性、分子轨道能量、原子净电荷布居规律，以及一些前沿分子轨道的组成特征等。结果表明，标题配合物结构在能量上是稳定的，因而能作为结构单元而存在。为茂金属配合物的合成、分子组装提供理论参考。     

(C_2H)_2M_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP和PBEIPBE方法,对(C_2H)_2M_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)团簇的结构和性质进行了研究。结果表明:(C_2H)_2M_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)簇的最稳定结构都是在C_2HM_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)簇最稳定结构的基础上,又与C_2H自由基相互作用的结果。NBO计算结果表明:银与2个C_2H自由基的相互作用弱于铜和金。(C_2H)_2M_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)簇最稳定结构的相互作用能均为负值,表明形成的团簇较稳定,并且出现了奇-偶振荡效应(n=1-4),含偶数个IB原子的团簇比含奇数个IB原子的团簇稳定。红外分析表明:(C_2H)_2M_n(M=Cu、Ag、Au;n=1-4)团簇中C_2H自由基的C≡C和C-H键的伸缩振动都发生了红移,随着团簇尺寸的增加(n=1-4),也出现了奇-偶振荡效应。     

Theoretical investigation on gas-phase reaction of CF3CH2OCH3 with OH radicals and fate of alkoxy radicals (CF3CH(O)OCH3/CF3CH2OCH2O)

Detailed theoretical investigation has been performed on the mechanism, kinetics and thermochemistry of the gas phase reactions of CF₃CH₂OCH₃ (HFE-263fb2) with OH radicals using ab-initio and DFT methods. Reaction profiles are modeled including the formation of pre-reactive and post-reactive complexes at entrance and exit channels, respectively. Our calculations reveal that hydrogen abstraction from the CH₂ group is thermodynamically and kinetically more facile than that from the CH₃ group. Using group-balanced isodesmic reactions, the standard enthalpies of formation for CF₃CH₂OCH₃ and radicals (CF₃CHOCH₃ and CF₃CH₂OCH₂) are also reported for the first time. The calculated bond dissociation energies for the CH bonds are in good agreement with experimental results. At 298 K, the calculated total rate coefficient for CF₃CH₂OCH₃ + OH reactions is found to be in good agreement with the experimental results. The atmospheric fate of the alkoxy radicals, CF₃CH(O)OCH₃ and CF₃CH₂OCH₂O are also investigated for the first time using the same level of theory. Out of three plausible decomposition channels, our results clearly point out that reaction with O₂ is not the dominant path leading to the formation of CF₃C(O)OCH₃ for the decomposition of CF₃CH(O)OCH₃ radical in the atmosphere. This is in accord with the recent report of Osterstrom et al. [CPL 524 (2012) 32] but found to be in contradiction with experimental finding of Oyaro et al. [JPCA 109 (2005) 337].     

计算基态X(X=Li-Ne,HC,H2 C)电子相关能的研究

为深入系统研究电子相关能计算理论,本文报道在6-311 G*基组水平用CISD(configuration interaction with singly and doubly excited configurations)方法计算基础体系X(X=Li-Ne,Hc,H2c)对内、对间电子相关能.结果表明不同元素所形成的基态X(X=Li-Ne,HC,H2C)体系,其价层电子对内、对间相关能的变化较大,它们之间存在着轨道差别,不宜将其相关贡献归为简单的常数.以使用相同理论方法和相同质量基组为前提,电子数直接影响电子对间相关能的大小.对于多电子体系,电子对间相关在总相关中占优势,若忽略则会产生较大误差.     

Structural stability and electronic property of C68X4 (X = H,F, and Cl) fullerene compounds

A systematic study on the geometrical structures and electronic properties of C₆₈X₄ (X = H, F, and Cl) fullerene compounds has been carried out on the basis of density functional theory. In all classical C₆₈X₄ isomers with two adjacent pentagons and one quasifullerene isomer [C_s:C₆₈(f)] containing a heptagon in the framework, the C_s:0064 isomers are most favorable in energy. The addition reaction energies of C₆₈X₄ (C_s:0064) are high exothermic, and C₆₈F₄ is more thermodynamically accessible. The C₆₈X₄ (C_s:0064) possess strong aromatic character, with nucleus independent chemical shifts ranging from −22.0 to −26.1 ppm. Further investigations on electronic properties indicate that C₆₈F₄ and C₆₈Cl₄ could be excellent electron-acceptors for potential photonic/photovoltaic applications in consequence of their large vertical electron affinities (3.29 and 3.15 eV, respectively). The Mulliken charge populations and partial density of states are also calculated, which show that decorating C₆₈ fullerene with various X atoms will cause remarkably different charge distributions in C₆₈X₄ (C_s:0064) and affect their electronic properties distinctly. Finally, the infrared spectra of the most stable C₆₈X₄ (C_s:0064) molecules are simulated to assist further experimental characterization.     

W_nH_2(n=1-6)团簇结构与性能的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对H_2与W_n(n=1-6)团簇的相互作用进行了计算研究。结果表明,W_nH_2体系的最低能量结构是H2分子的解离性吸附,基本是在W_n团簇最低能量结构的基础上吸附H原子生长而成,说明吸附H原子未改变W_n(n=1-6)团簇的结构和形状;W_nH_2团簇的稳定性比W_n团簇要好;NBO分析表明,W原子比H原子对电荷调节能力稍强,较易与其他原子作用形成新的混合团簇。