正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

用密度泛函和XANES计算研究Zn2+在水锰矿表面的吸附和沉淀

用密度泛函理论(density function theory, DFT)和X射线近边结构(X-ray absorption near edge structure, XANES)模拟计算了不同酸度(pH = 7.0, 7.5 和 8.0)下Zn(II)在水锰矿表面的吸附. 优化的几何结构表明, 只有双边吸附方式的水解簇既能解释H+ 释放机制, 又能与扩展X射线吸收精细结构(extended X-ray absorption fine structure, EXAFS)实验键长值相吻合. 吸附能计算表明, 各种吸附方式的稳定性双边(DE)>双角(DC)>B型单边(SE-B)>A型单边(SE-A)；水解能计算表明各种吸附态Zn2+ 均比溶液中水合锌离子易水解. 各种吸附簇模型的XANES计算谱未能与实验谱吻合, 即, 表面发生的并不是简单的吸附. pH=7.5和pH=8.0吸附样品的XANES实验谱与Zn5(OH)6(CO3)2的实验谱非常接近, 因此认为pH=7.5和pH=8.0下Zn(II)在水锰矿表面发生沉淀, Zn(II)是Zn—O八面体和Zn—O四面体的混合, 它们按类似Zn5(OH)6(CO3)2结构中的八面体和四面体排列方式排列. pH=7.0时, Zn(II)在水锰矿表面发生的主要是边连接方式的吸附.     

六核钽铑二元混合簇合物的几何和电子结构

采用密度泛函理论对六核钽、铑八面体纯簇及其混合簇的几何结构和电子性质进行了研究.计算结果表明:大部分钽铑混合簇稳定构型的对称性均较低,为C1或Cs点群,只有[Ta2Rh4Cl4H8(CN)6]4-团簇的稳定构型对称性较高,为C2h或C4v点群;混合簇的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)能隙(ΔEH-L)均较小,介于0.52-1.00eV之间;混合簇的前线轨道主要由骨架金属原子的d电子贡献,随着Rh原子替代Ta原子个数的递增,Ta—Rh键对混合簇稳定构型所起作用逐渐增加,Ta—Ta键所起作用减小,而Rh—Rh键为非键或反键性质.     

团簇Ni4P催化析氢性能研究

为探究团簇Ni₄P催化析氢最强的结构,基于密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下,对团簇Ni₄P的初始构型进行计算和优化,得到5种优化构型。从热力学稳定性、前线轨道图和前线轨道能级差对团簇Ni₄P的析氢性能分析发现,构型1^（4）和1^（2）的热力学稳定性较强;团簇Ni₄P各优化构型均易吸附水中的氢原子,Ni原子为团簇Ni₄P催化活性位点,且构型1^（4）、1^（2）和2^（4）催化析氢的活性更强。(1^（2）)-H、(2^（2）)-H在电化学脱附法和化学重组法中均具有较强的催化活性。以上说明构型1^（2）是团簇Ni₄P催化析氢最强的结构。     

巴豆醛在Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理研究

采用密度泛函理论计算了巴豆醛4种构型的稳定性,并选取最优构型进一步研究了其Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理.计算结果表明,具有E-(s)-trans构型的巴豆醛稳定性最高.当巴豆醛通过C O吸附于Au(111)面的顶位时,该构型吸附能最大,吸附模型最稳定;巴豆醛向Au(111)表面转移电子0.045e,且其p轨道与金属表面的d轨道发生较强相互作用,使得巴豆醛的键级减弱.此外,通过分析各基元反应的活化能、反应热以及构型变化可知,巴豆醛在Au(111)面上按照2,1-加成机理(部分加氢机理)生成巴豆醇的可能性最大,且降低温度有利于反应转化率的提高.     

金红石纳米团簇与铀酰离子界面作用理论研究

为探索无机氧化物矿物质与锕系物种的界面作用和成键本质,设计优化了实验已知稳定的金红石(110)表面纳米团簇(SNCs).计算表明中性和弱酸性溶液中的sol模型比pH较小情况下的sat模型吸附更有利,与实验观察到的提高溶液pH导致铀酰吸附速率降低的结果相一致.能量分解表明,界面吸附主要以轨道吸引作用为主,并伴有少量空间效应贡献.电子密度拓扑分析与吸附能数据给出配合物中相同的U—O_(surf)键强顺序,而红外光谱则显示出相反的■键强顺序.电子结构分析表明,所有水合铀酰-SNCs复合物均具有相似分子轨道性质和能量排列顺序,但是HOMO-LUMO能隙和轨道能量有所差异.因此,sol_bt模式与水合铀酰离子成键作用最强,且吸附作用也最强.     

团簇Co3FeP催化析氢

为研究非晶态合金Co-Fe-P三元体系催化析氢的性能,以团簇Co3 FeP为局域模型,利用密度泛函理论和前线轨道理论,在B3LYP/Lan12dz的量化水平下,对团簇Co3 FeP的热力学稳定性和在催化水解析氢的两步反应过程中的催化性能进行分析.结果发现三重态构型能量较低且三角双锥-构型1(3)的能量最低,三角双锥-构...     

Aun(n=2-9)团簇与乙醇分子相互作用的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了Au_n(n=2-9)团簇吸附一个乙醇分子的结构和电子性质. 研究结果表明: Au_n(n=2-9)团簇的最稳定构型为二维平面结构, Au6团簇最稳定; 吸附过程是通过金团簇上一个特定的金原子与乙醇分子中氧原子相互作用完成, 形成了20种稳定构型; 金原子的配位数对吸附作用影响明显; 作为吸附主体的金团簇和被吸附的乙醇分子在吸附前后构型无明显变化, 它们之间为弱相互作用.     

水分子在MoO3原子簇模型表面吸附的密度泛函研究

利用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在LANL2DZ基组上,计算了水分子吸附前后MoO3原子簇模型物的优化几何构型和电子结构,并进行了二级Mφller-Plesset微扰(MP2)相关能计算.结果表明,当水分子吸附于模型分子后,由于占据了MO5+空位,从原来留有空位的MoO5H4模型转变为MoO5H4·H2O模型的正八面体构型,水分子的氧通过占据在π键轨道中的电子向中心原子Mo的d轨道配位而被吸附,且水分子在模型物质表面呈吸附状态后,体系最稳定,能量最小,吸附过程不必翻越能垒,该过程放热91.39kJ/mol(MP2相关能校正),研究结果对催化剂的使用、失活和再生有较好的指导意义.     

膦配体对金团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)稳定化作用的理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对具有D2h和D4d构型的膦配体稳定的过渡金属团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me, OMe, H, F, Cl, CN)进行了几何结构、 电子结构及团簇稳定性等方面的研究. 计算表明, 与D2h构型相比, D4d构型更稳定, 两者能量相差约5~10 kJ/mol. SVWN局域泛函能够对团簇的几何结构给予较准确的描述, MP2方法对团簇的结构参数有所低估, 而离域和杂化泛函则过高地估计了团簇的结构参数. 电子结构分析表明, 中心Au原子与外围的Au原子之间通过 d 电子的成键作用构成团簇内核[Au@Au8]3+, [Au@Au8]3+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键. PR3配体与[Au@Au8]3+的结合能够加强内核-外围Au原子间的成键作用, 缩小外围Au原子在成键上的差异, 增大前线轨道能级间隙, 从而提高团簇的稳定性. PR3配体中R基团供、 吸电子能力的变化对[Au@Au8(PR3)8]3+结构影响较小, 但对[Au@Au8]3+-PR3结合能影响较大. 能量分析显示, 不同PR3配体与[Au@Au8]3+之间具有相近的轨道作用能, 与R基团供、 吸电子能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢固程度的决定因素.     

苯在Ag(100)表面吸附的周期性密度泛函理论研究

 采用量子化学中的密度泛函理论结合平板周期模型方法,研究了苯在Ag(100)面上的吸附方式和相对稳定性. 通过对不同吸附位置的吸附能和几何构型参数的比较发现,苯在Ag(100)表面的吸附属于较强的化学作用,穴位吸附的稳定性优于桥位,顶位吸附最不稳定. 吸附的苯分子的平衡构型发生扭曲, C-C键有较大程度的伸长; C-H键的键长基本不变,但是偏离苯环平面,并背离Ag(100)表面. 在吸附过程中,电子由苯向表面银原子转移. 本文给出了详细的轨道示意图和电荷布居分析,并且与相关的实验和理论研究结果进行了比较.     

(Al16Ti)n± (n=0-3)离子团簇中Ti原子对电子结构及其与H2O分子相互作用的显著影响

用密度泛函理论结合全电子自旋极化方法构建并优化出了最稳定的(Al₁₆Ti)^n± (n=0-3)离子团簇, 研究了其几何结构、稳定性和电子结构. 同时研究了水分子在(Al₁₆Ti)^n± (n=0-3)离子团簇表面的吸附结构和吸附能. 研究结果与纯(Al₁₇Ti)^n± (n=0-3)离子团簇的电子结构及其与H₂O分子的相互作用规律做了对比. 通过电子最高占据轨道和最低空轨道的空间分布, 发现大部分的活性电子占据在Ti 原子位置, 少量电子根据曲率从大到小的顺序依次占据. 通过分析最稳定的(Al₁₆TiH₂O)^n± (n=0-3)吸附化合物的几何结构可以看出, 水分子都倾向于吸附在Ti原子上, 并且为亲氧吸附. 在所有的吸附化合物中, (Al₁₆TiH₂O)⁺具有最短的平均O―H键长, 比孤立H₂O分子中的O―H键约长0.0003 nm, 然后随着电子数的增加或减少, O―H键都会进一步被拉长. 研究结果表明, Al 团簇离子中Ti 原子的掺杂可以有效提高H₂O分子的解离效率. 另外, 在金属团簇的几何结构效应与杂质效应共同出现时, 杂质的影响占据了主导地位.     

染料敏化太阳能电池中EosinY在TiO_2(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究（英文）

基于密度泛函理论计算分析了2种Eosin Y-Ti O2(101)吸附构型下的几何结构、电子结构及电荷转移性质.结果表明,Eosin Y以H构型吸附在Ti O2(101)表面时的体系总能量比B构型的高59.7 k J/mol;Eosin Y以B构型吸附在Ti O2(101)表面时比以H构型吸附时的吸附能更高.因此,B吸附构型更易形成.此外,还对电子注入动力学进行了模拟并对界面间的电荷转移进行了Bader定量分析.结果显示,与吸附H构型相比,B构型下的电子注入过程更迅速也更完全.     

Au_(19)Pt团簇性质及对肉桂醛选择性加氢机理研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Pt掺杂的Au_(19)Pt团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出Au_(19)Pt-V团簇比Au_(19)Pt-S和Au_(19)Pt-E团簇的化学活性更强,而热力学稳定性更低.通过分析吸附能和电荷布居,讨论了肉桂醛(CAL)在3类Au_(19)Pt团簇上的9种吸附构型.计算结果表明,当CAL以C C双键平行吸附于Au_(19)Pt-V团簇的Pt原子上时,其吸附能最大,CAL向团簇转移电子数最多,吸附模型最稳定.在最稳定吸附模型基础上探究了CAL选择性加氢的3类反应(1,2-加成反应、3,4-加成反应和1,4-加成反应)的6条可能机理,通过基元反应的过渡态搜索,由反应热、反应能垒和构型的变化得到,CAL分子在Au_(19)Pt-V团簇上最有可能通过3,4-加成反应中的机理C进行,即活泼H原子优先与C3原子成键形成中间体MS3,另一个H原子与中间体加成形成C4—H键,再经过过渡态TS34而形成最终产物苯丙醛(HCAL).     

铝原子簇上化学吸附的尺度效应及其理论模型

对铝原子簇Al_n(n=1～10,12,13)已报导过的理论预测几何构型进行合理选择, 用量子化学CNDO/2法研究了单分子一氧化碳在这些簇上取不同吸附位形时的吸附作用。结果表明吸附强度随簇尺度的变化呈“幻数”特性: Al_2、Al_6、Al_(12)簇具有特别高的吸附能, 与实验观测结果相符。采用作者建议的推广电子壳模型可合理解释这一尺度效应。对Al_(12)和Al_(13)簇电子结构的分析进一步支持了壳模型的观点。随着簇的增大, 尺度效应逐步减弱并趋向于体相铝的性质。     

染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO2(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究

基于密度泛函理论计算分析了2种Eosin Y-TiO₂(101)吸附构型下的几何结构、 电子结构及电荷转移性质. 结果表明, Eosin Y以H构型吸附在TiO₂(101)表面时的体系总能量比B构型的高59.7 kJ/mol; Eosin Y以B构型吸附在TiO₂(101)表面时比以H构型吸附时的吸附能更高. 因此, B吸附构型更易形成. 此外, 还对电子注入动力学进行了模拟并对界面间的电荷转移进行了Bader定量分析. 结果显示, 与吸附H构型相比, B构型下的电子注入过程更迅速也更完全.     

铜簇Cun-和羰基铜簇CunCO-(n=2～7)的结构与光谱性质的密度泛函理论研究

应用相对论有效核势密度泛函理论计算方法研究了Cun-和CunCO-簇的平衡几何构型、稳定性、主要碎片化模式、CO吸附能及其团簇的光谱性质.计算结果表明,奇数簇Cun-的电离势比其相邻偶数簇Cun-的电离势大;奇数的Cu5CO-簇有最大的CO解离能.奇数铜簇阴离子相对较高的稳定性与近似浆汁模型的8电子电子闭壳层效应一致.计算得到的Cun-簇碎片化能量表明,较小Cun-的优势解离通道与其包含Cu原子数目的奇偶性有关,偶数的Cun-簇主要解离为Cu原子和Cun-1-,而奇数Cun-簇易以解离成铜的二聚物Cu2和Cun-2-.基于密度泛函理论计算,讨论了这些簇的静态极化率和CO吸附性质与簇大小的关系.     

Pb(Ⅱ)水合结构的密度泛函及分子动力学研究

水溶液中Pb(Ⅱ)的水合结构缺乏实验数据,成键机理尚不明确.采用密度泛函理论、周期性边界计算水合物种Pb(HO)2+1-9的低能构象,探讨其结合能和稳定性,结合该离子在水溶液中的第一性原理分子动力学弛豫行为和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱特征,确定其最佳稳定构型和水合数,并通过Mulliken电荷布居、分波态密度及差分电荷密度分析其成键机理.低能优化结果表明,水合数6,7和8的构象均有可能存在,动力学弛豫过程Pb(Ⅱ)的第一和第二水合层不存在明显分界,其优势构型的水合数为6,属于偏半方位构型.22 6Pb(HO)+中Pb—O键的离子性较强,成键机理主要为Pb6p6d轨道与Pb6s-O2p反键态轨道进行耦合,存在反键态电子填充,表现为原子间电子密度的减少.     

5d过渡金属原子中心镶嵌Ag团簇M@Ag12(M＝Hf～Hg) Ih和Oh构型的密度泛函理论研究

采用相对论密度泛函理论方法对Ih和Oh构型M@Ag12 (M＝Hf～Hg)的几何和电子结构进行了系统的研究. 研究表明, 原子半径之和与团簇的电子结构共同决定了M—Ag键长的大小. M@Ag12的成键能来自中心原子的嵌入能和Ag12笼子的形变能. 最高占据轨道为成键轨道的团簇比反键轨道的团簇的稳定性强. 我们发现在此系列中, Ih构型不一定总比Oh构型稳定. Hf@Ag12, Ir@Ag12, Au@Ag12和Hg@Ag12的Oh构型比Ih构型稳定.     

分子团簇的量子化学研究

采用Hartree-Fock方法、密度泛函(DFT)方法(BLYP、B3LYP)和MP2方法对Se4分子团簇的各种可能构型进行了结构优化和频率分析, 结果表明有5种构型是势能面上的稳定驻点, 同时对上述4种量子化学方法计算结果的差异进行了分析。并对这5种构型的结构稳定性、几何构型、前线分子轨道、Mulliken布局分析和偶极矩进行了分析, 根据分析结果对Se4分子的某些物理和化学性质进行了预测。