CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

致密气在α-SiO_2(010)面吸附的第一性原理研究

致密气在砂岩储层中的赋存状态一直是人们研究的热点.为了论证致密气在石英砂岩表面吸附性的强弱,基于密度泛函理论的第一性原理方法,以CH_4分子为主要研究对象,研究了CH_4、C_2H_6、CO_2、N_2分子在α-SiO_2(010)面的吸附性质.结果表明:CH_4、C_2H_6、CO_2、N_2分子在α-SiO_2(010)面的吸附能力从小到大依次为CO_2N_2CH_4C_2H_6,其中CH_4分子在B12位的吸附能最低,为-0.5379 eV,几何结构变化最小,吸附最稳定,是一种物理吸附;烃类气体的吸附性比非烃类的吸附性强;不同高对称位的吸附能变化范围很小,气体在α-SiO_2(010)面的流动性很强;在B12位吸附后,CH_4分子的s态、p态电子密度整体向低能量区域偏移约3.2 eV,而α-SiO_2(010)表面硅原子的电子态密度曲线几乎不变.     

第一性原理研究H_2O分子在CaCO_3(104)表面吸附

基于密度泛函理论的第一性原理方法模拟研究H_2O在CaCO_3(104)表面的吸附特征.首先,研究H_2O分子在CaCO_3(104)表面的顶位、桥位(短桥位、长桥位)和穴位上垂直和平行表面两种类型下的8种高对称吸附结构模型,结合吸附能和稳定吸附构象确定最优吸附位.而后,基于H_2O/CaCO_3(104)最优吸附结构模型,研究吸附前后H_2O和CaCO_3(104)表面的物理结构、电子结构(Mulliken电荷布居数、态密度、电子局域函数)的特征,分析H_2O/CaCO_3(104)表面之间的相互作用以及成键机理.研究结果:吸附能和体系稳定构象显示H_2O分子/CaCO_3(104)表面的最稳定吸附结构为穴位-平行.在穴位-平行位吸附后,H_2O分子的O-H键长和H-O-H键角均发生改变; CaCO_3晶体平行和垂直(104)表面方向上原子位置均发生改变,表面层变化最大;即吸附作用对H_2O分子和CaCO_3晶体的物理结构均产生较大影响; H_2O/CaCO3(104)最优吸附体系的Mulliken电荷布居数、电子态密度、电子局域函数的研究均说明H_2O分子与CaCO3(104)之间存在电子的转移形成化学键.其中,Ca-O(H_2O)形成离子键,H(H_2O)-O(CaCO_3)之间存在氢键作用.本文研究揭示了方解石表面水湿性的原因,同时为方解石润湿性的深入研究奠定基础.     

电场中MgO分子吸附H_2的理论研究

研究电场中MgO分子与H_2的相互作用是探索MgO材料储氢性能的基础.在B3LYP/6-31G**水平上研究了电场中H2在MgO分子上的吸附行为.结果给出电场中单个H_2在Mg/O上的吸附能由无电场时-0.021/-0.099eV提高到场强为0.005a.u.时的-0.037/-0.139eV.H2吸附在O离子上时,电场效应更显著.电场中MgO分子最多能吸附10个H_2,相应的质量密度达33wt%.表明电场诱导MgO材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法.通过电子结构分析讨论了电场中MgO分子储氢的机理.     

电场中LiF分子吸附H_2的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了电场中H_2在LiF分子上的吸附行为.结果表明,无电场时,H_2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度, H_2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122eV提高到场强为0.005 a. u.时的-0.122/-0.171 eV, H_2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论(QTAIM)方法研究了电场增强吸附的机理,表明电场促进了H_2与LiF间的电荷转移,同时使LiF及H_2极化,增强了其间的静电作用,从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H_2,相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法.     

电场中LiF分子吸附H_2的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了电场中H_2在LiF分子上的吸附行为.结果表明，无电场时，H_2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度，H_2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122 eV提高到场强为0.005 a.u.时的-0.122/-0.171 eV,H_2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论(QTAIM)方法研究了电场增强吸附的机理，表明电场促进了H_2与LiF间的电荷转移，同时使LiF及H_2极化，增强了其间的静电作用，从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H_2，相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法 .     

C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明:C_2H_6和C_2H_4在Ni(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-36.41和-48.62 kJ·mol~(-1),物种与金属表面吸附较弱;而C_2H_5在Ni(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-100.21 kJ·mol~(-1),物种与金属表面较强;三物种与金属表面之间都有电荷转移,属于化学吸附.     

三明治结构graphene-2Li-graphene的储氢性能

本文使用密度泛函理论中的广义梯度近似对扩展三明治结构graphene-2Li-graphene的几何结构、电子性质和储氢性能进行计算研究.计算得知:位于单层石墨烯中六元环面心位上方的单个Li原子与基底之间的结合能最大(1.19 eV),但小于固体Li的实验内聚能(1.63 eV),然而,在双层石墨烯之间的单个Li原子与基底的结合能增加到3.41 eV,远大于固体Li的实验内聚能,因此位于双层石墨烯之间的多个Li原子不会成簇,有利于进一步储氢.扩展三明治结构graphene-2Li-graphene中每个Li原子最多可以吸附3个H_2分子,储氢密度高达10.20 wt.%,超过美国能源部制定的5.5 wt.%的目标.该体系对1—3个H_2分子的平均吸附能分别为0.37,0.17和0.12 eV,介于物理吸附和化学吸附(0.1—0.8 eV)之间,因此该体系可以实现常温常压下对H_2的可逆吸附.通过对态密度分析可知,每个Li原子主要通过电场极化作用吸附多个H_2分子.动力学和巨配分函数计算表明graphene-2Li-graphene结构对H_2分子具有良好的可逆吸附性能.该研究可以为开发良好的储氢材料提供一个好的研究思路,为实验工作提供理论依据.     

Extended Analysis of Line Positions and Intensities of Ozone Bands in the 2900-3400 cm Region

The 2900-3400 cm⁻¹ spectral range is revisited for an accurate determination of line positions and line intensities of the 3ν₃, ν₁+2ν₃, 2ν₁+ν₃, and 3ν₁ bands of ozone. The fit on 4520 rotational energy levels of (012), (111), (210), (130), (003), (102), (201), and (300) vibrational states determined from observed transitions of cold and hot bands in the 2400-3400 cm⁻¹ region with J_max=65 and K_{a max}=20 gives a r.m.s.=7×10⁻⁴ cm⁻¹ and provides a satisfactory agreement between calculated and observed line positions (dimensionless standard deviation is χ=1.44). The set of 2580 line intensities of 7 rovibrational bands has been measured and fitted with a r.m.s.=6.9% (χ=1.2), leading to the determination of transition moment parameters for these bands. Using these parameters we have obtained more precise estimation for the integrated band intensities S(3ν₃)=1.41×10⁻¹⁹, S(ν₁+2ν₃)=1.28×10⁻²⁰, S(2ν₁+ν₃)=7.91×10⁻²¹, S(3ν₁)=4.72×10⁻²² cm⁻¹/mol cm⁻² at 296 K, with a cutoff 2×10⁻²⁶ cm⁻¹/mol cm⁻². The interactions of the tetrad (003)/(102)/(201)/(300) with the (130) state and the tetrad (040)/(012)/(111)/(210) are studied.     

采用光栅光谱仪测量氮气分子的双原子分子光谱实验

提出了一种在大学近代物理实验中,以氮气分子为测量对象的双原子分子光谱实验方案.利用配备光电倍增管作探测器的平面光栅光谱仪,可以测量低压氮气辉光放电发射的氮气分子第二正带光谱.根据双原子分子的电子振动光谱理论,计算出氮气分子第二正带的上下电子态的简谐振动频率、非简谐度等参数.     

用新公式研究K2分子部分电子态的离解能

本文使用孙卫国等人提出的基于微扰理论的代数方法（AM）,研究了碱金属K₂分子的五个电子态X¹∑_g⁺、a³∑_u⁺、O_g^-、B¹∏_u和3³∏_g的离解能;然后使用作者最近提出的新公式计算了这些电子态的离解能,并分别与实验值进行了比较.计算结果表明:使用新公式得到的分子离解能与实验值非常吻合.而对那些还没有离解能实验数据的电子态,该公式提供了一种推测其离解能的理论计算方法.     

用新公式研究K2分子部分电子态的离解能

文章使用孙卫国等人提出的基于微扰理论的代数方法(AM),研究了碱金属K2分子的 、 、 、 、 等五个电子态的离解能;然后使用作者最近提出的新公式计算了这些电子态的离解能,并分别与实验值进行了比较．计算结果表明：使用新公式得到的分子离解能与实验值非常吻合．而对那些还没有离解能实验数据的电子态,该式提供了一种获得其离解能的理论计算方法．     

用代数能量方法研究氢化物双原子分子的完全振动能谱和离解能

本文用研究双原子分子振动能谱的新方法-代数方法(AM),研究了KH-X1Σ+,RbH-X1Σ+,DF-X1Σ+和DCl-X1Σ+等四个氢化物双原子分子的电子基态的振动光谱常数和振动能谱;用代数能量方法(AEM)研究了相应电子态的分子离解能.研究结果表明:使用实验获得的少数精确的振动能级[Eυ],由AM方法得到的振动能谱不仅能够重复这些电子态的已知实验能级,还能够得到用现代实验方法或精确的量子理论方法很难得到的所有高振动激发态的能级.由AEM方法能够得到比用文献发表的振动光谱常数计算获得的离解能值更准确的分子离解能.     

Existence and transition properties of the three-deuteron muonic molecule (3d,2e -,μ-)

We calculated the energy and the size of the three-deuteron muonic molecule (3d,2e ^-,μ^-) = D₃μ. It turns out that this system possesses two equilibrium positions, one at distances typical for muonic molecules, the second one at the usual molecular size. We show, moreover, that the fusion probability of the three deuterons is considerably enhanced due to the existence of a ⁶Li^* threshold resonance. Our estimates indicate that this probability is considerably higher than the decay rate of the competing Auger transition. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Supercomputer simulation of cracks and fractures by quasimolecular dynamics

A modern method for predicting the time and place of crack and fracture development is through molecular dynamics, which studies reactions to external forces in the small, that is, the molecular level. In quasimolecular dynamics, which is an attempt to bridge the gap between atomistic and continuum simulations, molecules are aggregated into larger units, called quasimolecules, to simulate the large scale behavior. In this first paper, quasimolecular dynamics is applied to the study of crack and fracture generation in a stressed, slotted plate made of pure copper. Conservation of mass and energy is basic to the methodology.     

细胞生物力学

文章评述了组成细胞的各种材料与亚结构的力学特性，细胞及其分子所产生的力和细胞对力作用的响应，介绍了描述细胞形态结构与力学行为的本构方程和研究细胞力学的有关实验技术．内容不仅包括有关细胞生物力学各种主要及最新的研究成果，而且还包括作者对细胞力学的有关实验与理论研究结果，还有许多可供从事生命科学研究人员研究参考的有关细胞生物力学详实而又系统的资料和数据．     

全内反射荧光显微术

全内反射荧光显微技术是当今世界上最具前途的新型生物光学显微技术之一，可以用来实现对单个荧光分子的直接探测。它利用全内反射产生的隐失波照明样品，使照明区域限定在样品表面的一薄层范围内，因此具有其它光学成像技术无法比拟的高的信噪比和对比度。近上来，已被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。本文系统的介绍了全内反射荧光显微技术的原理。国内外的发展和现状及其在生物学上的应用，并对其未来做了展望。     

Millimeterwave spectroscopy of transient molecules produced in a DC discharge

The construction of a millimeterwave spectrometer to study the pure rotational spectra of transient molecules in the gas phase is presented. The spectrometer is a source-modulated system combined with a free space glass discharge cell. Millimeterwave radiation has been produced using a frequency multiplier, the fundamental radiation source being klystrons. The spectrometer has been used to study the millimeterwave spectrum of carbon monosulfide (CS) and fluorine cyanide (FCN) produced inside the cell in a low pressure DC discharge of precursor gases. The quadrupole hyperfine structures of³³S and¹⁴N nucleus of CS and FCN have been resolved, measured and analysed.