乙炔在Ge(001)表面吸附的反应路径

采用第一性原理方法研究了乙炔分子在Ge(001)表面的吸附反应.通过系统考察0.5和1.0ML覆盖度时形成di-σ和end-bridge构型的反应路径,研究在表面形成di-σ和paired-end-bridge构型的反应几率.除了表面反应以外,本文还涉及了亚表层Ge原子参与的吸附反应,乙炔在亚表层原子上吸附形成的亚稳态结构sub-di-σ,是形成end-bridge结构的第二条途径,此反应机理对于表面吸附结构的形成起重要的作用.与乙炔分子不同的是,表面以下原子参与时乙烯分子的吸附反应为吸热反应.综合热力学和动力学的分析表明,paired-end-bridge构型是乙炔分子吸附的主要构型,此结论解释了乙炔分子在Ge(001)表面吸附构型的实验结果.对于乙烯和乙炔两分子在Ge(001)表面吸附的分析比较揭示了导致两者之间差异的原因.     

乙炔和乙烯分子在Si(100)表面吸附的几何和电子结构的密度泛函研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论和平板模型对Si(100)表面吸附乙炔和乙烯分子的构型稳定性以及电子结构进行系统研究. 结果表明: 无论是吸附乙炔还是乙烯分子, 当覆盖度为0.5 ML时, 最为稳定的吸附方式为dimerized模型; 当覆盖度增大到1.0 ML时, end-bridge模型为最稳定的吸附方式. 通过对各吸附模型的能带结构分析可知, 体系的带隙变化可以通过考察表层Si—Si二聚体中Si原子的配位环境来确定. 对于相同的吸附模型, 无论吸附分子是乙炔还是乙烯, 都具有非常相近的带隙. 吸附构型以及吸附分子的覆盖度对最小带隙及其来源有较大影响. 此外, 研究结果还表明, 杂化密度泛函方法更适合于描述Si(100)表面的电子结构, 尤其是对end-bridge吸附模型.     

不同覆盖度下Li原子在Si(001)表面上的吸附构型和电子结构

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论, 对不同Li原子覆盖度下Li/Si(001)体系的吸附构型、电子结构以及吸附Li原子对表面性质的影响进行了系统研究. 计算结果表明, 在所考察的覆盖度范围内, Li原子倾向于吸附在相邻两个Si-Si二聚体之间各种对称性较高的空穴位, 其中覆盖度为0.75 ML(monolayer)时具有最小的平均吸附能. 由能带结构分析结果可知, 随着覆盖度的增大, Si(001)表面存在由半导体→导体→半导体的变化过程. 在覆盖度为1.00 ML时, 由于表层二聚体均受到显著破坏, 使得体系带隙明显增大. 吸附后, 有较多电子从Li原子转移到底物, 导致Si(001)表面功函显著下降, 并随着覆盖度的增加表面功函呈现振荡变化. 此外, 从热力学稳定性角度上看, 覆盖度为0.75 ML的Li/Si(001)表面较难形成.     

氢原子在Be(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论研究单个氢原子和多个氢原子在Be(0001)表面吸附性质.给出了氢吸附Be(0001)薄膜表面的原子结构、吸附能、饱和度、功函数、偶极修正等特性参数.同时也讨论了相关吸附性质与氢原子覆盖度(0.06-1.33ML)的关系.计算结果表明:氢原子的吸附位置与覆盖度之间有强烈的依赖关系,覆盖度低于0.67ML时,氢原子能量上易于占据fcc或hcp的中空位置;覆盖度为0.78ML时,中空位与桥位为氢原子的最佳吸附位;覆盖度在0.89到1.00ML时,桥位是氢原子吸附能量最有利的位置;以上覆盖度中Be(0001)表面最外层铍原子的结构均没有发生明显变化.当覆盖度为1.11-1.33ML,高覆盖度下Be(0001)表面的最外层铍原子部分发生膨胀,近邻氢原子渗入到铍表面次层,氢原子易于占据在hcp和桥位.吸附结构中的氢原子比氢分子中的原子稳定.当覆盖度大1.33ML时,计算结果没有发现相对于氢分子更稳定的吸氢结构.同时从分析偶极修正和氢原子吸附垂直高度随覆盖度的变化关系判断氢覆盖度为1.33ML时,在Be(0001)表面吸附达到饱和.     

CO分子在TiC(001)表面上的吸附构型与电子结构

采用第一性原理方法和平板模型对CO分子在TiC(001)表面的吸附构型和电子结构进行了详细研究. 结果表明, CO分子倾向于采用C端吸附在表层Ti原子上方. 对于该吸附方式, 计算得到的吸附能、CO各电子态所处能级位置以及C—O键伸缩振动频率的红移值均与实验观测结果相吻合. 由能带结构和Mvlliken布居分析结果可知, 当采用C端吸附时, CO的5σ和2π鄢态受到底物影响最为显著, 尤其是C端的桥位吸附方式. 此外, 还进一步对底物表面态在CO吸附过程中的作用进行了探讨.     

一氧化碳共吸附法确定叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位

采用扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT)研究了78 K时单个叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位. 我们提出以共吸附的一氧化碳√3 ×√3 超结构为基底铜原子的标识方法, 确定了低覆盖度的叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位为顶位. 而采用单个一氧化碳分子标识基底铜原子的位置, 同样得出了叔丁胺分子的吸附位为顶位. 此外, 还采用DFT计算叔丁胺分子在Cu(111)表面的优势吸附构型. 理论计算结果表明顶位吸附构型为能量最稳定的构型, 与实验结果相吻合.     

周期性密度泛函理论研究氯气在CuCl(111)表面上的吸附与解离

运用广义梯度密度泛函理论(Generalized Gradient Approximation，GGA)的PBE(Perdew-Burke-Ernzerh)方法结合周期性平板模型，研究了氯气分子和氯原子在CuCl(111)表面上的吸附。通过对不同吸附位和不同单层覆盖度下的吸附能和几何构型参数的计算和比较发现：氯气分子在CuCl(111)表面的吸附为解离吸附；单层覆盖度为0.50时的吸附构型为稳定的吸附构型；氯气分子平行吸附在CuCl(111)表面时最稳定，吸附能最大，达364.5 kJ·mol^-1；伸缩振动频率的计算结果表明，吸附后的氯气分子的伸缩振动频率与自由氯气分子的伸缩振动频率相比，都发生了红移；布居分析结果表明整个吸附体系发生了由Cu原子向氯气分子的电荷转移。氯原子吸附的计算结果显示氯原子以穴位稳定的吸附在CuCl(111)表面。     

CO和H在Pt/WC(0001)表面的吸附

采用密度泛函理论(DFT)和周期平板模型,研究两种WC(0001)表面的几何结构和表面能,并对Pt原子单层(PtML)在两种WC(0001)表面的高对称性吸附位上的吸附能和分离功进行计算.结果发现,终止于W原子的WC(0001)为最稳定的WC(0001)表面,Pt原子单层以hcp位的方式吸附于W终止的WC(0001)表面是PtML/WC(0001)体系最稳定的几何构型.在此基础上研究了CO分子和H原子分别在PtML/WC(0001)表面和具有相似表面结构的Pt(111)表面的吸附行为.在0.25 ML(monolayer)低覆盖度下,与在Pt(111)表面相比,在PtML/WC(0001)表面上的Pt—C间距明显拉长和CO分子吸附能减少,说明PtML/WC(0001)表面抗CO中毒能力比Pt(111)表面高;态密度分析进一步解释了CO分子与不同表面Pt原子的成键机理.在同一覆盖度下,H原子在PtML/WC(0001)表面的最大吸附能等于甚至略高于在Pt(111)表面的,表明Pt/WC对氢气氧化反应具有良好的催化活性,是一种很有前途的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极催化剂.     

Pd/Au(100)表面上乙烯气相氧化法合成乙酸乙烯酯催化活性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法系统地研究了Pd/Au(100)表面上乙烯气相氧化法合成乙酸乙烯酯的催化活性.对关键反应物种在该表面的吸附、共吸附性质及耦合基元反应进行了计算和讨论.乙烯在Pd/Au(100)表面上存在π-,2σ-两种稳定吸附构型,为弱化学吸附;乙酸根物种存在Pd-Au与Pd-Pd两种二位啮合(bi-dentate)构型,为强化学吸附.Pd/Au(100)表面的吸附作用使两个关键反应物种分子轨道能量靠近.共吸附构型中最高占据和最低未占据分子轨道的能级差(HOMO-LUMO-gap)随表面相邻Pd原子数目的增多而增大,表明由HOMO向LUMO分子轨道发生电子转移的能力变弱.耦合基元反应过渡态能垒的分析结果与HOMO-LUMO-gap定性分析结果一致,说明连续相邻的表面Pd原子不利于反应的进行.     

Li和Al掺杂的MgO(001)表面负载W_3O_9团簇的构型与电子结构

采用基于第一性原理的分子动力学和量子力学相结合的方法,对W3O9团簇在经Li和Al原子掺杂的MgO(001)表面的负载构型、稳定性以及体系的电子结构进行了系统研究.结果表明,当掺杂发生在表层时,杂质原子的类型对W3O9团簇的负载构型有显著影响.对于缺电子的Li掺杂,负载后W3O9团簇环状构型并不稳定,转化为链状结构;而Al原子的掺杂则使得MgO(001)表面电子富余,此时W3O9团簇存在平躺和垂直两种吸附方式,二者能量稳定性相近,其中前者存在同时与三个W原子成键的帽氧结构.当掺杂发生在次表层时,两种掺杂体系W3O9的负载构型相似,团簇仍保持环状结构并倾向于采用垂直方式沉积在表面上.与Li掺杂体系相比,富电子的Al掺杂可显著增强W3O9与MgO(001)表面之间的结合能力,负载后有较多电子从表面转移到团簇中特定的W原子上,这将对W3O9团簇的催化性能产生显著影响.     

Response to: “Comment on ‘The effect of confinement on the electronic energy and polarizability of a hydrogen molecular ion’”

In this reply we clarify questions point out in the Comment on: “The Effect of Confinement on the Electronic Energy and Polarizability of a Hydrogen Molecular Ion” by J. F. da Silva, F. R. Silva and E. Drigo Filho, Int. J. Quantum Chem.2016, 116, 497–503 written by S. A. Cruz and H. Olivares‐Pilón. In particular, we show how we made the calculations of ground state energy from the confined hydrogen molecule ion for cavities of different volumes. The internuclear distances to the excited state 2pσ_u are also presented.     

荧光相关光谱单分子检测系统的研究

基于激光共焦构型,构建了一套高灵敏度和高稳定性的荧光相关光谱单分子检测系统。采用高数值孔径物镜使激光束高度聚焦,并用同一物镜收集样品的荧光,单光子计数器用于实时记录荧光信号。优化系统保持物镜焦点、针孔以及单光子计数器光敏区高度同轴。采用60×1.2(NA)的水浸物镜及直径为160μm的针孔得到的检测系统结构参数为ω0和z0分别为0.42μm和1.33μm,照射微区的体积为1.3fL。单个RhodamineGreen分子可获得13倍的信噪比。用该系统获得了小分子和生物大分子(DNA片段和蛋白质)的高质量荧光相关图谱,成功实现了单个分子的检测。     

Sliding on DNA: From Peptides to Small Molecules

Many DNA binding proteins utilize one‐dimensional (1D) diffusion along DNA to accelerate their DNA target recognition. Although 1D diffusion of proteins along DNA has been studied for decades, a quantitative understanding is only beginning to emerge and few chemical tools are available to apply 1D diffusion as a design principle. Recently, we discovered that peptides can bind and slide along DNA—even transporting cargo along DNA. Such molecules are known as molecular sleds. Here, to advance our understanding of structure–function relationships governing sequence nonspecific DNA interaction of natural molecular sleds and to explore the potential for controlling sliding activity, we test the DNA binding and sliding activities of chemically modified peptides and analogs, and show that synthetic small molecules can slide on DNA. We found new ways to control molecular sled activity, novel small‐molecule synthetic sleds, and molecular sled activity in N‐methylpyrrole/N‐methylimidazole polyamides that helps explain how these molecules locate rare target sites.     

Study on the Model for Regulation of the Allosteric Enzyme Activity

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｋｉｎｅｔｉｃｆｅａｔｕｒｅｏｆｌｉｇａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｍａｃｒｏ ｍｏｌｅｃｕｌｅｐｌａｙｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｉｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｕｌａ ｔｉｏｎ .1,2 Ｍｕｌｔｉｓｕｂｕｎｉｔｐｒｏｔｅｉｎｓｓｕｃｈａｓｈｕｍａｎｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｅｘｈｉｂｉｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｉｔｙ ,3 6ｗｈｉｃｈａｒｉｓｅｓｆｒｏｍａｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌｉｇａｎｄｂｉｎｄｉｎｇａｔｔｈｅｉｎ…     

确定分子中离域π键πnm的方法

A method for obtaining the delocalized π bonds π_n^m in a molecule has been discussed in this paper, and the delocalized π bonds π_n^m in linear, bent, planar trigonal, single cyclic conjugated, and polycyclic conjugated molecules have been studied. The reasons of π₃⁴ in NO₂ and 2π₃² in C₃ molecules have been proposed. The delocalized π bonds 2π₁₈¹⁸ in cyclo[18] carbon are analyzed.     

有机发光分子在聚苯胺微结构上的选择性吸附

我们将有机发光分子选择性地吸附在PANI结构上形成有机发光图案, 作为诱导模板聚苯胺的结构可以通过纳米压印和沉积相结合的方法制备. 通过在PANI 结构的空隙处修饰氟代硅烷增大样品表面不同区域的亲疏水差异, 从而诱导有机发光分子的选择性吸附.     

Some reflections on characterizing potential surfaces for gas-phase ionic reactions

Gas phase ionic chemistry has become an essential element in our general understanding of chemical reactivity. Obtaining experimental data and then extracting information about the potential surfaces for ionic reactions in the gas phase has been critical in making the connections between gas phase and solution ionic chemistry. In this paper we discuss insights that have been important in developing some of the methodologies that are currently used in analyzing gas phase data.     

非手性的棒状分子在非手性表面形成的风车团簇

利用低温STM研究了非手性的棒状并五苯分子在Bi（111）表面形成的手性风车团簇.在团簇内部,并五苯分子分别沿Bi（111）的3个对称轴方向平行排列,形成6个不同的分子带.在每个分子带中,相邻分子之间有一个滑移错位.当平行排列的分子数多于4时,滑移错位发生反向,形成弯曲的风车扇叶.我们认为,分子的滑移错位来自于分子之间的π-π相互作用;而滑移错位的反向是团簇内部的吸引力导致的密堆积的结果.这两种作用的竞争是形成手性风车团簇的微观机制.     

Experiments on moving interaction boundaries and their characteristics of focusing and probing of both guest and host target molecules

In this paper, the concept of a moving interaction boundary (MIB) is proposed with regard to guest and host molecules. With 2-naphthalene-sulfonate (2-NS) and β-cyclodextrin (CD) as the model guest and host compounds, respectively, the relevant experiments were carried out on the MIB in capillary electrophoresis (CE). The experiments show that (1) there are a MIB and a complex boundary (CB) if proper guest and host molecules are used; (2) the MIB system has the characteristic of selective focusing and probing of the target 2-NS; (3) the system also has the characteristic of selective probing of the target host molecule β-CD without UV-absorbance, making the direct UV determination of β-CD from other CDs possible; (4) interestingly, the focusing of the guest molecule is a kind of leaky-sample stacking rather than a collection of analytes in sample sweeping; (5) the mechanism of MIB-induced separation of target analyte from unwanted ones is similar to but different from that of an affinity chromatography. In addition, the utility of MIB was briefly tested for a real sample of wastewater spiked with 2-NS.     

磁性分子自旋态检测与调控的STM研究

单分子自旋态检测与可逆调控是目前物理、化学及信息技术等领域的研究热点．本文综述了扫描隧道显微镜在该领域的研究进展,着重论述了酞菁类磁性分子在金属单晶表面或绝缘层薄膜上磁性的检测;自旋交叉配合物分子自旋双稳态的检测与可逆调控;单分子磁体的表面制备及输运性质的检测．