基于药效团模型设计的PAEs分子拉曼特征振动光谱衍生增强研究

对17个PAEs训练集分子、五个PAEs测试集分子,应用Discovery Studio软件构建PAEs分子拉曼特征振动光谱的3D QSAR 药效团模型,并对PAEs分子(以环境优先控制污染物DMP,DBP和DNOP为例)进行9种常见的疏水基团取代反应,同时利用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)计算气态环境中取代前后PAEs的拉曼特征振动光谱,筛选PAEs拉曼特征振动光谱显著增强的衍生物。研究结果表明：药效团模型(Hypo1)具有最大的相关系数(R2)0.83、最小的均方根值(RMS)0.182和总消耗值(total cost)71.865,且Configuration值为12.68(<17),说明所构建模型具有显著性及较好的预测能力;获得基于Hypo 1药效团模型设计的PAEs分子衍生物23个：DMP(9), DBP(9)和DNOP(5),上述衍生物分子正频计算值均大于0,说明所设计的PAEs分子衍生物结构稳定,其中DMP-CH₂CH₃,DBP-Cl,DNOP-C₆H₅的拉曼特征振动光谱峰强较DMP,DBP和DNOP分别增大了6.25倍、2.05倍、1.56倍,说明PAEs分子衍生化对其拉曼特征振动光谱峰强具有显著增强作用。此外,利用密度泛函理论在相同的基组水平下计算了PAEs分子衍生物的取代反应能垒(以DNOP为例),取代反应的难易程度：-CH₂CH₂CH₃>-C₆H₅>-NO₂>-SH>-Cl,可作为筛选PAEs分子衍生化拉曼光谱增强反应的依据,并为建立增强PAEs分子拉曼光谱的检测技术提供理论支撑。     

钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4拉曼光谱研究

运用激光拉曼光谱实验和密度泛函理论计算研究了450～1 700 cm-1光谱范围内有机-无机杂化钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄的振动模式特性。对比实验所得拉曼光谱和理论计算所得拉曼光谱,发现密度泛函理论计算可以很好的模拟(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄有机部分的分子振动模式。同时通过比较分析密度泛函理论计算和参考文献,对450～1 700 cm-1光谱范围内的拉曼峰的分子振动模式进行了初步的归属,并发现该光谱范围内的拉曼峰主要是由(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄分子中有机部分振动所产生的。     

CuO掺杂C3N对C5F10O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮（C5F10O）作为可替代SF6的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中. 在绝缘设备内部不可避免的会发生局部放电等故障,造成C5F10O绝缘气体分解产生弱绝缘性能甚至剧毒的分解组分,为保证绝缘设备的安全运行,在不影响气敏传感器正常检测绝缘设备内部故障的情况下,需对这些分解组分进行有选择地吸附去除. 新型类石墨烯C3N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C3N对主要分解组分CF4、C2F6及剧毒产物CF2O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间. 结果表明,CuO-C3N对HF表现出良好的吸附性,CF2O次之,但其无法吸附CF4与C2F6,因此CuO-C3N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C5F10O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.     

苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

羟基碳纳米管吸附SF6放电分解组分的DFT计算

本文根据密度泛函理论(density functional theory , DFT), 采用MS分子动力学仿真软件对羟基修饰的单壁碳纳米管(SWNT-OH) 吸附SF₆局部放电分解的四种主要组分SOF₂, SO₂F₂, SO₂和CF₄进行了详细的理论计算, 通过分析气体分子和SWNT-OH的前线轨道, 吸附过程中吸附能、电荷转移量和电子态密度的情况, 以及吸附前后SWNT-OH能隙的变化, 评判了SWNT-OH对气体分子的敏感性和选择性, 给出了SWNT-OH是否可以制备气体传感器检测SF₆局部放电分解组分的理论依据.     

氨基甲酸酯类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息,应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d,p)基组对三种氨基甲酸酯类农药(西维因、克百威和涕灭威)分子进行了几何结构优化和频率计算,利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱,并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。结果表明,理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰,分别位于874,1 014,1 162和1 716 cm-1附近。对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础,将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。     

胞嘧啶分子拉曼光谱研究

本文通过实验测量了胞嘧啶的常规拉曼光谱,有四个弱拉曼峰在以前胞嘧啶的常规拉曼光谱中未检测到。采用密度泛函(Density Function Theory)B3LYP/6-31+G(d,p)计算了胞嘧啶分子的拉曼光谱。结合理论计算结果对实验拉曼光谱振动模式进行了指认,并对其中几个拉曼峰非常弱的原因进行了分析。     

SF_6气体及其衍生物的红外光谱分析

SF6气体大量应用于气体绝缘组合电器(GIS)中。通过化学方法检测SF6气体及其衍生物是检测GIS设备故障的一种重要方法。该文采用红外光谱技术分析了三种情况下的GIS设备内SF6气体组成情况,得出S2F10气体含量可以用来分析GIS故障原因是否为强火花或者电弧放电引起;CF4气体可以用来表征GIS设备内绝缘气体的绝缘状态。另外,研究表明,GIS设备在线运行时,绝缘气体气室密封失效、造成气体泄漏,引入新的气体杂质的问题比较严重。所以在进行GIS设备维护工作时,绝缘气室的密封维护工作十分重要。文章在研究GIS设备绝缘气体SF6红外谱图的基础之上提出了建立基于红外光谱技术的GIS设备故障诊断专家系统的意见。     

己酸乙酯分子的振动光谱研究

采用B3LYP混合泛函和6-31G基函数组,并对重原子和轻原子使用离散函数和极化函数,　利用密度泛函理论（density functional theory, 简称DFT）计算了己酸乙酯的分子振动光谱,并以此为依据,首次对实验测得的己酸乙酯（Ethyl hexanoate）分子的正常拉曼光谱（NRS）和红外光谱(IR)进行了指认,对己酸乙酯分子的振动模式进行了归属。理论计算和实验数据的比较分析表明,理论计算结果的拉曼和红外各振动峰位与实验测量结果符合得较好。最后,分别把拉曼光谱和红外吸收谱中较强的峰位指认为己酸乙酯分子的拉曼特征峰和红外吸收的特征峰。己酸乙酯分子振动光谱的上述研究,可能在白酒调香,化工和生物等领域的检测方面具有广泛的应用,对进一步拓宽己酸乙酯分子的研究领域具有一定的参考价值。     

3.3′二乙基硫醛三碳菁化碘拉曼光谱研究

给出了3.3′二乙基硫醛三碳菁化碘(DTTC)分子的自然拉曼光谱、表面增强拉曼光谱(SERS)、以及理论计算拉曼光谱。SERS谱的增强基底是直径60 nm的金球和50 nm长的金棒,外包附一层硫基聚乙二醇(thiol-polyethylene glycol,简称Mpeg-SH)做为稳定层。同时,采用密度泛函(DFT)方法计算了DTTC分子的拉曼光谱,计算基于B3LYP/6-31G基组。经过仔细对比,计算光谱和两种实测光谱特征峰位有很好的一致性。对于不一致的部分,分析原因可能是由于金纳米粒子表面等离子体波对于不同的峰位,其增强程度不同所引起的。这项工作将有利于基于DTTC分子的红外波段拉曼光谱技术在生化领域的应用。     

2-(2-羟基苯亚甲基)胺基-3-氰基吡啶的结构和光谱性质

实验以水杨醛、2-氨基-3-氰基吡啶为原料,合成了Schiff碱2-(2-羟基苯亚甲基)胺基-3-氰基吡啶并测定了Schiff碱的红外和拉曼光谱.利用密度泛函理论B3LYP方法在6-311++G~(**)基组上对合成的Schiff碱进行了几何构型的优化、红外光谱及拉曼光谱的计算,得到了分子的优势构象的结构参数、频率值及对应的强度.对实验和理论计算的光谱数据进行了对比,对分子的振动模式进行了全面归属,结果表明理论计算与实验测试数据相吻合.此外,还计算了其前线分子轨道,得到了HOMO-LUMO能隙相关的数据,为Schiff碱类化合物的结构分析和光谱检测技术提供了参考依据.     

杀草强分子的拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化;通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式;采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。     

基于多参量的变压器油中特征气体拉曼光谱分析

油中特征气体(H_2, CO, CO_2, CH_4, C_2H_4, C_2H_6, C_2H_2)的快速准确检测是变压器在线监测的重要环节。激光拉曼光谱技术适用于特征气体的检测,能克服传统在线监测的诸多不足。在拉曼光谱图2 900～3 300 cm~(-1)谱段,甲烷(CH_4)和乙烷(C_2H_6)气体特征谱峰聚集,研究此谱段中不同含量比的混合气体样本对变压器油中混合气体定量分析具有重要意义。在单一特征气体拉曼光谱检测的研究基础上,选取预处理后光谱图中特征峰的谱峰高度、半高宽以及谱峰面积多个参量作为特征因素,对变压器油中混合气体进行定量分析。以二阶微扰理论分析计算得出,甲烷拉曼光谱中存在四个特征谱峰,选取的谱段中包含以3 111与3 284 cm~(-1)为拉曼频移中心的两峰,乙烷拉曼光谱中存在六个特征谱峰,选取谱段中存在3 111与3 187 cm~(-1)两峰,理论上通过谱段中携带的特征谱峰信息能够计算两种气体含量;通过拉曼光谱平台检测,混合气体光谱图特征谱峰会产生平移以及聚合,对光谱图中寻峰得到的中心频移为2 902, 2 918, 2 956和3 022 cm~(-1)的四个混合峰建立高斯函数模型,得到特征谱峰的谱峰高度、半高宽以及谱峰面积;建立偏最小二乘回归模型,以谱峰高度、半高宽、谱峰面积为自变量,两种气体含量为因变量计算分析。模型潜在因子取到t_6时,调整后的R~2为0.993,表明自变量与因变量具有确切关系,回归模型可靠。对回归方程参数分析发现,谱峰半高宽相比谱峰面积以及谱峰高度有显著贡献,符合预期目标,混合气体光谱图中四个特征谱峰对两种气体均有影响。通过实验可总结得出,针对甲烷乙烷混合气体,在室温25℃,积分时间15 s,积分次数2,狭缝100μm条件下,通过获取谱峰高度、谱峰面积以及半高宽三个参量,能够准确测量气体含量,为变压器油中多种特征气体的同时检测奠定了基础。     

2-巯基-5-甲基苯并咪唑振动光谱的密度泛函理论研究

本文选用密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函,在B3LYP/6-311++G(d, p)水平下,优化了2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子(MMBI)的结构,优化结果表明,2-巯基-5-甲苯并咪唑分子是一个近平面结构.通过频率计算,获得了2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子(MMBI)的拉曼光谱,并和实验获得的拉曼光谱图进行了对比,实验和理论计算获得的拉曼光谱图基本上是一致的,表明本文选取的DFT理论计算方法是可靠的.结合VEDA4软件对2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子的拉曼谱带简正振动模式进行了指认.此外,分析并讨论了2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子(MMBI)前线轨道,HOMO和LUMO轨道能级差为4.51 eV,电子有从HOMO跃迁到LUMO的趋势.采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory, TDDFT)对2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子(MMBI)的激发态进行了计算分析,计算结果表明乙醇溶剂中2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子(MMBI)理论计算的吸收波长为226 nm, 288 nm.对研究2-巯基-5-甲基苯并咪唑分子的性质,提供了理论...     

葡萄糖分子的表面增强拉曼光谱研究

本文以密度泛函理论(density functional theory, 简称DFT)采用B3LYP混合泛函和6-31++G(d, p)基函数组计算的葡萄糖的分子振动光谱为根据, 首次对葡萄糖分子的常规拉曼光谱(NRS)进行了详细的指认, 并对葡萄糖分子的振动模式进行了归属。在以4-巯基吡啶为桥联剂分子修饰的银镜衬底上, 观测到葡萄糖分子的表面增强拉曼散射(SERS), 并对葡萄糖分子在银表面的吸附状态进行了分析。     

Pt掺杂MoSe_(2)吸附CF_(3)I分解组分的第一性原理研究

CF_(3)I作为SF_(6)最具潜力的新型环保绝缘气体,在电气设备出现局部放电、过热等缺陷故障时,会产生C_(2)F_(6)和C_(2)F_(4)等强温室气体,为确保电力设备稳定运行,有必要对CF_(3)I典型分解组分吸附去除.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过吸附能、吸附距离、电荷转移和态密度等吸附指标,分别探究了不同数量Pt掺杂MoSe_(2)对C_(2)F_(6)和C_(2)F_(4)气体分子的吸附性能.研究结果表明:不同数量Pt掺杂在MoSe_(2)表面均存在稳定的掺杂结构,且相较本征MoSe_(2),Pt掺杂后的MoSe_(2)导电性均得到了有效增强;Pt掺杂MoSe_(2)对CF_(3)I分解组分的吸附效果:Pt_(2)-MoSe_(2)>Pt-MoSe_(2)>Pt_(3)-MoSe_(2)>Pt_(4)-MoSe_(2),且Pt_(2)-MoSe_(2)对C_(2)F_(4)表现出强烈的化学吸附作用,而对C_(2)F_(6)为弱物理吸附;Pt_(2)-MoSe_(2)对CF_(3)I分解组分具有选择吸附性,有望用作CF_(3)I典型分解组分C_(2)F_(4)的吸附去除材料.     

Si改性MoS2对g3环保气体典型分解组分的吸附特性研究

g3(green gas for gird)环保气体(C₄F₇N/CO₂混合)作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘替代气体,近几年来受到了广泛关注.通过分析g3气体绝缘组合开关设备中的分解组分来检测局部放电、过热等缺陷故障,对于电力设备运行状态的评估和诊断具有重要作用.本文提出利用Si原子掺杂改性来提高MoS₂的气敏和吸附性能,并基于密度泛函理论(DFT)的计算方法,通过吸附能、电荷转移、态密度和局部态密度等参数指标,探究了本征MoS₂、Si改性MoS₂(Si-MoS₂)对g3气体典型分解组分—COF₂、CF₄、CF₃CN的吸附气敏机理.分析表明Si原子在MoS₂表面具有稳定的掺杂结构,相比本征MoS₂,Si原子改性之后的MoS₂的导电性得到了有效增强;Si-MoS₂     

联苯菊酯分子的拉曼光谱研究

联苯菊酯是一种Ⅰ型拟除虫菊酯农药,因药效好,作用迅速,易降解等优点而被广泛地应用于农业生产中。但联苯菊酯农药残留对有益昆虫,水生动物有致死毒性,对人类具有内分泌干扰作用,雌激素效应,并能存留于肝脏等多种器官,对人体健康有严重危害。密度泛函理论是一种量子力学从头计算方法,可以用来计算分子轨道和拉曼光谱。结合密度泛函理论和拉曼光谱研究物质是当前最为常用的拉曼光谱研究方法。采用密度泛函理论的B3LYP/6-31G基组,对联苯菊酯分子构型进行优化并计算了其理论拉曼光谱。在实验中采用波长为785 nm激光作为激发光,获得了联苯菊酯分析纯固体的自发拉曼光谱。将联苯菊酯理论拉曼光谱和实验拉曼光谱对比分析,对联苯菊酯分子的振动模式进行分析和归属,联苯菊酯分子结构相对复杂,振动模式较多,拉曼峰复杂繁多,找到了位于659, 948, 993和1 292 cm~(-1)处拉曼活性相对较强的峰作为鉴别联苯菊酯的特征峰,并可以根据这些特征峰对联苯菊酯分子进行定性定量分析。研究结果表明,联苯菊酯的理论拉曼光谱和实验拉曼光谱具有较好的匹配性,但二者在特征峰的波数上存在一定程度的偏移。这是由于理论计算考察的对象为联苯菊酯的气态单分子,而联苯菊酯固体中存在复杂的分子间作用和基团间相互作用。当前对联苯菊酯的分子振动模式和拉曼光谱研究相对较少,且联苯菊酯农药残留也是近年来备受关注的问题,研究结果将为联苯菊酯农药残留的定性定量分析提供了一种新的可行方法,并为作物表面农药残留快速检测奠定基础。     

糠醛分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对糠醛(furfural,FUR)分子进行了几何结构优化,并计算了FUR分子的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱和FUR与Ag原子以及Ag2和Ag4团簇吸附的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。结果表明,理论值与已有的实验值符合得较好,采用FUR-Ag4吸附构型的计算结果比FUR-Ag和FUR-Ag2吸附构型的计算结果更符合已有实验值。最后,通过Gauss View可视化软件,对FUR分子的振动频率进行了更为全面地归属。通过FUR分子SERS与NRS的比较,可得出FUR分子与Ag原子发生了相互作用,且被吸附的糠醛分子的杂五环是与银表面垂直的。     

农药辛硫磷的密度泛函理论计算及拉曼光谱分析

辛硫磷(Phoxim)是一种高效、低毒、低残留有机磷杀虫剂,能抑制胆碱酯酶活性.辛硫磷的分子构型用Gauss View 5.0构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31+G(d, p)基组计算农药辛硫磷的拉曼光谱,实验上则采用分辨率为2 cm~(-1)的三级显微拉曼光谱检测仪对辛硫磷-甲醇溶液,辛硫磷乳油进行拉曼光谱检测.将理论拉曼光谱与实验拉曼光谱进行对比,其中有几个对应比较一致的拉曼光谱峰分别位于667, 745, 997, 1025, 1298, 1588 cm~(-1)处.首次报道了辛硫磷的拉曼光谱,同时对辛硫磷在600～1800 cm~(-1)区间的拉曼光谱进行了指认,指出了其在相应的频移位置产生较强拉曼光谱的分子振荡模式.