徐光宪原子核外电子排布近似规律及其应用

徐光宪根据光谱实验数据对基态多电子原子轨道的能级高低提出了一种理论依据,即中性基态多电子原子核外电子排布近似规律n+0.7l公式和离子基态多电子原子核外电子排布近似规律n+0.4l公式。该规律以数学表达式给出,便于推导,较好地解决了难于正确书写原子核外电子构型的问题。对这2个公式的探讨和运用,一方面有利于加深对核外电子组态构造原理的认识,另一方面有助于对我国科学家研究成果的传承。     

[SiMo_4~(V)Mo_8~(VI)O_(40)]~(8-)及其钒取代杂多阴离子的量子化学研究

采用SCC-DV－Xα方法对α－Keggin结构四电子还原态杂多蓝阴离子[SiMo4VMo8VIO40]8-及其四钒取代阴离子[SiMo4VMo8VIO40]8-进行了量子化学计算研究，获得了轨道能级、费米能级、各原子价电子布居，自由价，总态密度图和自洽原子轨道布居等信息．分析表明杂多阴离子中Oc和Od的成键能力较强，化学活性较大，这有力支持了实验结果．体系各原子上的电子是以离域形式存在，构成三金属簇的八面体结构都发生一定程度畸变，中心的硅氧四面体发生畸变程度很小，但整体仍保持α-Keggin结构．     

Ru_n(n=2~8)金属团簇的结构和能级分布的DFT研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,对Run团簇(n = 2~8)的几何结构与稳定性、束缚能以及能级分布的关系进行了研究,并分析了随着团簇原子数的增加,团簇的几何结构和费米能级的变化,结果表明:Ru簇的几何结构在4个原子以前是平面结构,而从5个原子开始为空间立体的稳定结构,束缚能随金属原子数的增加而增加。能级结构呈明显的分立特征,费米能级随原子个数的增加而增加,但从Ru7开始又有所降低,且团簇的能量间隙逐渐减小,趋近于大块金属的能级特征。     

具有特定能级的共轭分子

在HMO近似内,利用图形收缩定理和Heilbronner定理,研究含有特定能级的共轭分子。讨论了判定这类分子的部分能级和构造具有某些特定能级分子的各种方法,并用少数例子作了演示。     

原子轨道能级高低次序的“三角形”记法

在讲授原子核外的电子排布时,都把三大规律（保里不相容原理、能量最低原理和洪特规则）作为核外电子排布的依据,把周期表中各元素原子轨道能级高低次序作为核外电子排布的基础。初学之人,每学到此处,常感到十分地不便,对原子轨道能级高低次序很难掌握,只好强记硬背。如果我们将原子轨道能级高低次序排列成一个“三角形”采用本文中所说的“三角形”记法,实践证明效果很好。     

原子轨道能级与核外电子排布

原子结构理论是现代化学的基础理论之一。但仍有许多问题,诸如:原子轨道和轨道能的概念、轨道能级高低次序、轨道的“填实”顺序和电离顺序、原子基态时核外电子排布及其与元素周期系的关系等,在化学教学中是经常遇到的。     

卤素双原子分子部分电子态的完全振动能谱和离解能

用代数方法(AM)可以获得双原子分子包含最高振动能级在内的所有高阶振动能级的完全振动能谱; 基于Leroy和Bernstein的能级表达式, 研究了卤族元素双原子分子Cl2-A’3∏(2u)、Br2-X1∑+g和I2-0+u电子态的完全振动能谱和离解能, 得到的理论结果与实验符合得很好.     

原子外层轨道能级与电子的电离顺序

本文根据光谱实验结果和量子数意义,归纳出一个n、1规则:E=n+1-(1-0.75)/(1+1)。n为主量子数,l为角量子数。计算的E值大小,可用来判别原子外层轨道能级高低顺序,确定原子核外电子的电离顺序,预测新的元素周期等。     

二茂铁及其衍生物的电化学特性与结构理论研究

研究了二茂铁及其衍生物(甲酰二茂铁,乙酰二茂铁,甲醇二茂铁和乙酸二茂铁)的电化学行为,运用结构理论给出了二茂铁D5点群群轨道能级图与二茂铁衍生物的前线轨道能级图,得出在二茂铁分子结构中1e2(dx2-y2,dxy)与3a1(dz2,4s)分别属于分子前线轨道中的HOMO和LUMO。同时用密度泛函理论(DFT)在LANL2DZ基组水平上对其结构进行了全优化,得到了二茂铁及其衍生物前线最高被占轨道(HOMO)能量值,Fe原子净电荷,对其电化学行为与前线轨道能级相对大小进行了验证。     

计算化学在分子轨道教学中的应用

分子轨道理论是理解分子电子结构与微观性质的重要理论之一,也是本科生与研究生结构化学教学中的重点与难点。学生对原子轨道组合形成分子轨道、分子轨道能级交叉混合等知识的理解缺乏形象直观、定量的认识。本文通过基于量子化学或密度泛函理论的Gaussian 03计算软件,计算、绘制并分析了F_2、O_2、N_2、HF、CO等的分子轨道能级图,将学生较难理解的内容定量、直观地呈现出来,形象地解释了分子轨道成键原则与电子填充原则等分子轨道理论中的重难点,加深了学生对分子轨道理论的理解,特别是sp轨道混杂导致的σ_(2p_z)与π_(2p)轨道能级交叉这一难点,激发了学生学习的主动性和积极性,提高了教学质量。在此基础上,利用分子轨道理论分析了CO_2的电子结构,使学生学会应用分子轨道理论解决实际问题,巩固了相关课堂理论知识。     

生成轨道法与群论的关系

生成轨道法对分子轨道理论提供了一个直观的形象化描述,这对于定性地了解分子轨道的形成及其能级图,特别是对于理解分子轨道与组成它的原子轨道在对称性方面的联系,是颇有启发的。生成轨道的概念,反映了原子轨道作为分子点群表示的基底性质,因而可以     

不同电子组态下镧系元素的轨道指数和电负性

用Xa方法计算出不同电子组态下镧系元素的数值原子轨道和轨道电负性,用数值拟合方法得出原子轨道的单ζ和双ζSlater型基函数的指数。研究了镧系元素原子所带电荷与电子组态对其原子轨道指数与轨道电负性的影响,给出了精确度较高的回归公式。这些公式能反映原子轨道性质变化的规律,且能提供为研究镧系元素化合物的电子结构的基础参数和电荷自洽型计算的迭代公式。     

N掺杂TiO_2光催化剂的微结构与吸光特性研究

以紫外可见漫反射光谱(UV-VIS-DRS)和X射线光电子能谱(XPS)分析和研究了四种方法制备的N掺杂TiO2光催化剂的结构,即水解法(N/TiO2-H)、氨热还原法(N/TiO2-A)、机械化学法(N/TiO2-M)和尿素热处理法(N/TiO2-T)等.结果表明,N/TiO2-H和N/TiO2-T两种催化剂在490 nm处有吸收带边,可见光激发途径是掺杂的N以填隙方式形成的杂质能级吸收电子发生的跃迁引起的;而N/TiO2-A和N/TiO2-M两种催化剂在整个可见光区域内具有可见光吸收,其对可见光的激发途径是掺杂N和氧空缺共同作用的结果.理论计算的N杂质能级位于价带上0.75 eV,与实验观察到的吸收带边结果十分吻合.XPS结果表明,几种催化剂的N1 s结合能位置都在399 eV附近,显示为填隙掺杂的N原子.填隙掺杂的N/TiO2,其Ti原子的2p结合能与未掺杂的TiO2相比增加了+0.3-+0.6 eV,而O1s电子的结合能增加了+0.2-+0.5eV,这是因为填隙的N原子夺取Ti和O的电子,Ti和O原子周围的电子密度降低了.电子能谱和吸光特性的研究都表明,掺杂的机理是在TiO2晶格内形成N原子的填隙.     

S-P混杂与双原子分子的结构

在常见的同核双原子分子中,F_2,O_2分子轨道能级高低的顺序和N_2,C_2,B_2者不同,这是由于s-p混杂引起的。在结构化学教学中,怎样说明s-p混杂的含义?怎样从分子轨道图形上进行理解?s-p混杂与sp杂化有何差别?s-p混杂对轨道性质有何影响?N_2和O_2的MO能级高低次序不同,NO的能级次序和哪个相似?本文拟简单地说明这些问题。 s-p混杂是指2s和2px原子轨道能量相近时,由它们组成的对称性相同的分子轨道能     

锂离子电池正极材料LiFePO4的密度泛函研究

采用密度泛函(B3LYP)方法计算锂离子电池正极材料LiFePO4/FePO4,净电荷和共价键级的计算结果都表明磷氧原子间作用力最强,锂氧原子间作用力最弱,有利于Li离子在晶格中的自由移动.以Li/LiFePO4锂离子电池的平均电压为3.2 V,和实验值3.4 V基本一致.态密度分析表明FePO4和LiFePO4都是典型的半导体,O原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级价带一侧,Fe原子轨道主要贡献总态密度靠费米能级导带一侧.     

关于洪特规则

在确定原子的基态能级及核外电子排布时,洪特规则是很有用的。有些教材将能量最低原理,保里不相容原理及洪特规则列为决定核外电子排布的三个基本原理。但是,也有些教材则明确指出:洪     

氟化策略:高效有机光伏材料的设计与应用

有机太阳能电池具有成本低廉、质量轻、柔性可折叠以及可以大面积印刷等优点,受到广泛关注。但与无机太阳能电池相比,其能量损失较高。在有机光伏分子中引入氟原子是一种有效提高器件性能的分子设计策略。本文从氟原子特点出发,总结了氟化给体、π桥和受体单元对分子能级调控和形貌优化的作用,阐明了氟原子降低能量损失的内在原因;并通过代表性分子设计实例,简要阐述了氟化策略在高效聚合物给体材料、高效可溶性小分子给体材料以及高效非富勒烯受体材料中的应用;最后,对氟化策略的应用进行了总结,并展望了未来的研究方向。     

轨道和波函数

分子（或原子）轨道是化学的基本概念之一。本文从Bohr原子轨道入手,介绍轨道概念的演化,以及轨道与波函数之间的关系,分子轨道与原子轨道之间的关系,并结合量化计算介绍基组与分子轨道的关系。     

对原子轨道图形教学的意见

原子轨道(又称原子轨函)的图形和电子云分布的图形是化学教学中的基本内容,是了解原子结构的关键之一。在教学中正确地表达这两种图形,是化学教学的重要一环。通常原子轨道图形由在原子核周围空间原子轨道ψ的等值线图形表示。在二维平面上作图时,常选择通过原子核和两个坐标轴的平面,在这平面上画出等值线。图1示出几种原子轨道的等值线图。     

《稀土离子的光谱学》

该书详尽地阐述了稀土离子的光谱性质及相关的理论和计算方法,是一本系统论述稀土离子光谱学的专著。全书共分十二章,从自由稀土离子的光谱项、能级理论和计算方法人手,论述了晶体环境对光谱行为和能级的影响和该影响的规律性。其中不仅包括4f^N组态内能级跃迁的光谱现象,也包括4f^N-1n′l′组态能级的理论和计算方法,以及4f^N组态和4f^N-1n′l′组态能级间的光谱行为。