密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

密度泛函理论在分子磁学中的应用1.单氧桥联双核铁(III)[Cl_3FeOFeCl_3]~(2-)磁耦合作用

通过对桥联双核铁 (III) [Cl3FeOFeCl3] 2 - 的磁耦合常数的计算 ,探讨了密度泛函理论计算条件对计算结果的影响 .基于密度泛函理论下的破损态方法 ,着重讨论了双核Fe(III) 2 的d5 d5 电子通过氧桥的超交换作用 .研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III)的dyz和dz2 与 μ O的p轨道形成的 ,具有π /π 和σ /σ 特征的超交换通道     

氰酸根桥联双核铜配合物磁构效关系的密度泛函研究

在密度泛函理论的框架下,采用对称性破损态方法,以{Cu2(C2H4N2)2(N, N-μ-NCO)2}2+为模型化合物,研究氰酸根EO方式桥联双核铜配合物的磁构效关系,进一步证实了通过CuNCu间的三中心d-p-dσ反键的超交换作用与磁偶合构效关系的本质联系. 计算了氰酸根桥联配合物磁交换偶合常数J与桥联角θ的关系,并与叠氮酸桥联配合物进行了比较.     

氧桥联稀土钆双核配合物磁学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论结合对称性破损态方法,选用氧桥联稀土钆双核配合物为研究对象,通过与实验值比较,探讨了不同泛函与基组对计算磁耦合常数的影响.结果表明,在B3LYP/TZV水平下(Gd为SARC-TZV),相对论效应采用DHK2方法,计算结果与实验测量值-0.022 5cm~(-1)最接近.不同体系测试结果显示,可在该水平下预测新合成稀土钆双核配合物的磁学性质.Mulliken自旋密度分析可知磁中心Gd以自旋极化为主.键级分析表明,2个磁中心之间的磁耦合作用通过桥联氧原子的超交换作用实现.分子磁轨道分析显示2个磁中心间存在较强的轨道相互作用,其磁轨道主要是由钆原子的4f_z~3,4f_z~2_x轨道和桥联氧原子的2pz轨道组成.     

双核浆叶式钨配合物电子结构和电子光谱的理论研究

用密度函数理论中的B3LYP方法,对甲脒做配体的过渡金属双核浆叶式配合物W2（form)4((form)^-=[(p-tol)NCHN([p-tol)^-]^-)进行了分子轨道计算,结果表明,W－W键具σ^2π^4δ^2四重键的性质,W－W间的成键和反键分子轨道顺序为σ＜π＜δ＜σ^*＜π^*＜δ^*。用单激发组态相互作用（CIS）方法计算了W2(form)4的电子吸收光谱,得到这种配合物的最低能吸收光谱为λ＝496nm,这是δ（dxy）→σ^*(spz)跃迁产生的,属于金属内部的电荷迁移。     

Fe2+活化CH3X（X=H,Cl）中C—H,C—Cl键的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)详尽地研究了Fe2+与CH3X(X=H,Cl)的反应机理.结果表明在所有通道中,反应4的H提取能垒最低(Ga=0.23 kcal/mol),氧化插入机制和SN2取代机制没有竞争性.详尽的电子结构分析表明由于金属3d与底物的σ*C—X可以最好的重叠,从而Fe2+从前端进攻C—X键有利于反应.该研究揭示了其微观本质,为Fe2+活化C—X键等相关研究提供理论线索和依据.     

邻苯二甲酸单甲酯桥联双核铜(Ⅱ)配合物磁性的理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,选用典型的强反铁磁双核配合物作为研究对象,通过与实验数据相比较,探讨了不同密度泛函方法与基组对计算铜配合物[Cu2(mMP)4(H2O)2]·H2O交换耦合常数的准确度.结果表明,4种混合密度泛函DFT(B3LYP,B3P86,B3PW91和PBE0)的计算结果都能和实验所观察到的值-324cm-1符号一致,但B3PW91方法得到的结果和实验结果吻合程度最好,同时采用方法B3PW91方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs大的能量劈裂和桥联配体O-C-O轨道的重叠.     

金属四重键化合物M2X4(PMe3)4(M=Cr,Mo,W;X=F,Cl,Br,I)结构和电子光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,在TZ2P-STO基组水平下,对金属四重键化合物M2Cl4(PMe3)4(M=Cr,Mo,W)和Mo2X4(PMe3)4(X=F,Cl,Br,I)的几何结构进行优化,分析了电子结构,并运用TDDFT方法对其低占据激发态进行了计算.考虑相对论效应的ZORA方法能够较好地重现M2X4(PMe3)4的几何结构.M2X4(PMe3)4的电子结构分析表明其d电子的组态为σ2π4δ2,前线轨道能级顺序为πlig<πd/σd<δd<δd*.金属原子和卤素配体的改变虽然使轨道能量发生变化,但没有影响轨道的排布顺序.TDDFT方法对M2X4(PMe3)4δd→δd*和πd→δd*跃迁能量的计算较为准确,对πlig→δd*(LMCT)跃迁能量的计算误差较大.金属原子、卤素配体以及相对论效应对激发能的影响可以根据分子轨道能级的变化给予解释.     

羧酸桥对反铁磁性EO叠氮铜双核配合物磁性影响的理论研究

基于密度泛函理论结合对称性破损态(DFT-BS)方法,运用不同的密度泛函和基组对反铁磁性EO叠氮铜双核配合物[Cu2(dmpe)2(μ1,1-N3)2(CH3COO)]+的磁性质进行研究.结果显示,杂化泛函计算的结果与实验数据非常吻合,能够准确描述反铁磁性EO叠氮铜双核配合物的磁性质.磁轨道分析表明,配合物中存在3个磁通道(2个叠氮桥、1个羧酸桥),磁通道中N原子、O原子与顺磁中心二价铜离子间都存在p d轨道重叠,对体系反铁磁性耦合相互作用都有贡献.从自旋布居分布角度来看,该配合物中顺磁中心间主要是自旋离域作用.配合物中羧酸桥传递强反铁磁性相互作用,使得顺磁中心间磁轨道的重叠增加,体系的反铁磁性相互作用增强.     

双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)电子结构和三阶非线性光学性质的理论研究

运用密度泛函PBE0方法研究了双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)的电子结构, 运用自然键轨道(NBO)方法对该体系的电荷分布及成键特征进行了分析. 此类体系中存在Zn—Zn的σ单键, 为近似纯s成分的成键方式. 用含时密度泛函理论(TDDFT ) 完全态求和(SOS) 方法计算了该体系的三阶非线性光学系数, 结果表明, γ值与最大吸收波长λmax成正比, 在各个分量中, 对〈γ〉起主要贡献的是γzzzz, 最大吸收波长对应的电子跃迁是从Zn—Zn的σ成键轨道到Zn—Zn的σ*反键轨道.     

含过氧“桥”双核铁络合物(C_5H_5NC_2H_5)_3[Cl_3FeOFeCl_3][FeCl_4]的晶体结构

近年来,含过氧桥双核铁络合物的研究引起了一些化学家的重视。这类络阴离子中两个高自旋的Fc(Ⅲ)通过桥氧原子的超交换作用,成了低磁性化合物,为磁化学研究提供了一个有趣的课题。人们发现,在绿色的Fe(Ⅲ)卵黄高磷蛋白(Phosritin)中含有氧桥联接的四面体配位的多核Fe(Ⅲ)原子簇。试验用化合物是将FeGl_3、吡啶、乙醇和KSCN放在高压釜中制得的。釜内充CO气体至压力为54kg/     

3-甲基-4-对甲基苯基-5-(2-吡啶)-1,2,4-三唑桥联的双核铜配合物的磁性理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,选用反铁磁双核配合物[Cu2(MMBPT)2Cl4(H2O)2.5](MMBPT=3-甲基-4-对甲基苯基-5-(2-吡啶)-1,2,4-三唑)作为研究对象,通过与实验数据相比较,探讨了不同密度泛函方法与基组对计算铜配合物交换耦合常数的准确度.结果表明,4种混合密度泛函DFT(B3LYP,B3P86,B3PW91和PBE0)的计算结果都能和实验所观察到的值-31cm-1符号一致,但只有B3PW91方法得到的结果和实验结果吻合程度最好,同时采用方法B3PW91方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间弱的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs小的能量劈裂.     

CO在α-U(001)表面的吸附

采用密度泛函理论中的广义梯度近似,计算了CO在α-U(001)表面的吸附、解离和扩散.结果表明:CO分子以CU3OU2构型化学吸附在α-U(001)表面,吸附能为1.78-1.99eV;吸附后表层U原子向上迁移,伴随着褶皱的产生;CO分子与表面U原子的相互作用主要是U原子的电子向CO分子最低空轨道2π*转移,以及CO2π*/5σ/1π-U6d轨道间杂化而生成新的化学键;CO解离吸附较分子吸附在能量上更为有利,h1(C)+h2(O)和h1(C)+h1(O)(h:空位)解离态吸附能分别为2.71和3.08eV;近邻三重穴位之间C、O原子的扩散能垒分别为0.57和0.14eV,预示O原子较C原子更易在U(001)表面扩散迁移.     

洛汾碱衍生物的电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法,对4种洛汾碱类化合物的几何构型进行了优化,在此基础上计算分子的电子结构,并结合有限场FF方法研究了二阶非线性光学(NLO)性质.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对上述化合物分子进行吸收光谱的研究.研究表明在4,5-二-苯基-2-对甲酰苯基咪唑生色团中4,5苯环上引入硝基和3位N原子引入苄基改变分子的共轭平面,使二阶非线性极化率总有效值(βtot)减小,吸收峰总体蓝移.同时还发现,在CH2Cl2溶剂中a和c分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO的π一π*跃迁,b和d分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO+2的π→π*跃迁.     

Mo2［(p-tol)NCHN(p-tol)］4及其阳离子电子结构和电子吸收光谱的从头算研究

用密度泛函理论中的B3LYP方法, 采用LanL2DZ基组, 对Mo2(form)4和［Mo2(form)4］+{其中(form)-=［(p-tol)NCHN(p-tol)］-)}, 进行了分子轨道计算, 明确了Mo—Mo键具有σ2π4δ2四重键的性质. 计算得到Mo—Mo间的分子轨道顺序为π<σ<δ<σ*<δ*<π*. 用单激发组态相互作用（CIS）方法计算了Mo2(form)4和［Mo2(form)4］+的电子吸收光谱, Mo2(form)4的最低能吸收光谱λ=390 nm, 是1A1g→1Eg跃迁产生的, 属于金属内部的电荷迁移. ［Mo2(form)4］+的最低能吸收光谱λ=1 096 nm, 也是1Ag→1Eg跃迁产生的, 属于金属内部的电荷迁移.     

两个3d-4f杂核配合物[Fe(phen)3]2[FeLn(H2O)(tiron)3]·6H2O的合成、晶体结构和磁性(Ln=HoⅢ,YbⅢ)

Ln2O3、硝酸铁、邻菲罗啉和钛铁试剂(tiron)通过水热法自组装合成了2个异质同晶的3d-4f杂核配合物[Fe(phen)3]2[FeLn(H2O)(tiron)3]·6H2O,其中,Ln=HoⅢ(1)和YbⅢ(2)。X-射线单晶衍射分析表明,晶体属立方晶系,P213空间群。3个tiron4-配体利用酚氧桥联Ln3+和Fe3+形成具有C3对称性的[FeLn(H2O)(tiron)3]6-异双核配位单元,其中七配位的Ln3+呈现一种畸变的单帽反三棱柱配位构型。配阳离子[Fe(phen)3]3+通过phen-phen之间的π-π相互作用和与配阴离子间的静电引力等作用组装成三维的超分子。在2～300 K温度范围内测试了配合物的变温磁化率,结果表明,Ln(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)之间存在反铁磁性相互作用。     

以1,2-二甲基咪唑为配体的双核Co(Ⅱ)配合物的磁性理论研究

采用密度泛函理论结合对称破损态方法(DFT-BS),选取反铁磁双核配合物[Co_2(DMIM)_4(μ-O_2,O,O'-SO_4)_2](DMIM=1,2-二甲基咪唑)为研究对象,通过不同密度泛函方法与基组计算双核Co(Ⅱ)配合物体系的磁耦合常数,并将计算结果与实验数据进行比较,寻找DFT-BS方法下最适合本体系的计算条件.结果表明,3种混合密度泛函DFT(PBE0,B3PW91和B3P86)的计算结果都与实验观测值-28 cm~(-1)符号一致,但只有PBE0方法得到的结果和实验数据吻合程度最好.同时,采用PBE0方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组有较大的依赖性.研究表明,单占据分子轨道SOMOs较大的能量劈裂导致了2个Co(Ⅱ)离子之间强的反铁磁相互作用.     

氧桥联GdNi双核配合物磁性与结构关系理论研究

基于密度泛函理论结合对称性破损态方法(DFT-BS),相对论效应选择DKH2,运用不同的密度泛函和基组对GdNi双核配合物[Ni(3-MeOsaltn)(MeOH)(ac)Gd(hfac)_2]的磁性质进行研究。结果显示,B3LYP泛函计算的结果与实验数据非常吻合,能够准确描述Gd Ni双核配合物的磁性质。磁轨道和自旋布居分析表明,顺磁中心Gd~Ⅲ主要是自旋极化作用,顺磁中心Ni~Ⅱ主要是自旋离域作用。顺磁中心Gd~Ⅲ、Ni~Ⅱ与桥联氧原子之间存在较强的轨道相互作用。磁轨道主要由顺磁中心Ni~Ⅱ的3dz2和3dx2-y2轨道、酚氧桥联配体中氧原子的2pz轨道、醋酸桥中氧原子的2pz轨道和顺磁中心Gd~Ⅲ的4fxyz、4fz2x轨道组成。随着Gd-O-Ni键角的增大,顺磁中心HS态和BS态自旋密度的平方差随之减小,反铁磁性相互作用的贡献减小,配合物磁耦合常数增大。     

酚氧/苯甲酸共配Fe~ⅢNi~Ⅱ双核配合物磁学性质理论研究

基于DFT-BS方法,在不同泛函和基组下研究酚氧/苯甲酸共配Fe~ⅢNi~Ⅱ双核配合物[Fe~Ⅲ(OBz)(L_1)Ni~Ⅱ(H_2O)(μ-OBz)]~+的磁学性质.结果表明,在B3LYP*/def2-TZVP水平下计算的磁耦合常数为0.45 cm~(-1),与实验值0.50 cm~(-1)最吻合,可准确描述其磁学性质.自旋布居分析和分子磁轨道分析显示,顺磁中心Fe~Ⅲ和Ni~Ⅱ主要为自旋离域机理.顺磁中心Fe~Ⅲ,Ni~Ⅱ与桥联配体间存在强的轨道相互作用,其磁轨道贡献主要来自顺磁中心Fe~Ⅲ的3d_(x~2-y~2)轨道/3d_(z~2)轨道/3d_(yz)轨道、Ni~Ⅱ的3d_(x~2-y~2)轨道/3d_(z~2)轨道、苯甲酸的π轨道和酚氧桥联配体O原子的p轨道.磁构关系研究表明,随Fe—O—Ni键角θ的增大,顺磁中心Fe~Ⅲ和Ni~Ⅱ自旋密度减小,其顺磁中心间的磁耦合常数减小,当Fe—O—Ni键角θ95.69°时,顺磁中心间的磁相互作用由铁磁性相互作用向反铁磁性相互作用转变.