外电场对N@C60, P@C60, As@C60分子结构和性质的影响

用量子力学方法研究了N@C60, P@C60, As@C60分子的几何和电子特征. 计算结果表明, 形成富勒烯包合物后, 碳笼只有微小的变形, 3种内包原子在笼中处于不同的位置, 碳笼与内包原子之间有明显的电荷转移和自旋轨道相互作用, 生成能分别为6.32, 70.88, -53.05 kJ/mol. 内包原子的3个单占据分子轨道(SOMO)能量变化很大, 并由于和碳笼作用而发生劈裂. 在外电场作用下, 分子的电子密度沿电场方向发生转移.分子的能量随外加电场的增强而降低. 分子轨道能级、能隙及SOMO轨道的能量和能级劈裂也发生了变化.     

醌式杂环化合物的设计、合成及应用性能研究进展

醌式杂环(噻吩、吡咯、呋喃等)分子具有结构刚性、最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占据分子轨道(LUMO)能级低、能级带隙窄和摩尔消光系数高等特点.醌式分子因其结构平面性特点,分子间作用力较强,因而分子间电荷传输能力强.目前,醌式杂环分子已成为有机半导体材料领域特别是有机场效应晶体管领域的研究热点.根据醌式杂环分子的结构特点,以端基为分类依据,综述了近年来醌式杂环化合物在分子设计、合成及应用性能等方面的研究进展,并展望了醌式杂环分子的发展前景.     

消除KSM能量分解分析中的偶合项

在用KSM方法对分子相互作用能量的分解过程中由于轨道间的相互影响，使分 解的能量各分量之和不等于总的相互作用能，即产生偶合项。用能级位移算符逐步 改变某些特定轨道的能级，可以逐步解除对这些特定轨道的冻结，从而可以减少以 至完全消除轨道间的相互影响，即消除偶合项，使能量分解结果清晰、准确。     

原子个数n对碳分子线Cn(n＝3～10)基态结构特性的影响

利用密度泛函B3LYP方法, 在6-311++g**基组水平上对碳分子线Cn(n＝3～10)体系的基态电子结构特性等作了理论计算. 计算结果表明, 当n为奇数时, 碳分子线Cn基态都为单重态, 反之, 当n为偶数时, 三重态为其稳定的基态. 同时在得到碳分子线基态构型的基础上, 对其极化率、电荷分布和能级分布进行了研究, 确定了碳分子线体系最高占据轨道HOMO能量EH, 最低未占据轨道LUMO能量EL与n的关系式, 即EHn－2 < EHn < EHn+2, ELn－2 > ELn > ELn+2. 因而碳分子线Cn(n＝3～10)体系的费米能级会表现出特有的奇偶振荡, 本文也对该现象出现的原因进行了讨论.     

有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光谱相比于D-ST的有明显的红移,而且D-SS分子的摩尔吸光系数也高于D-ST分子的.D-SS分子本应该比D-ST分子拥有更高的俘获太阳辐射光子的能力,但由于D-SS分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级位置比氧化还原电解质(|-/|-3)的氧化还原能级高,处于光激发态的D-SS分子向TiO2电极注入电子而被氧化后,不能顺利地从电解质中得到电子而还原,使得D-SS分子俘获光子的能力不能充分发挥,从而严重地降低了由其敏化的DSSCs的光电性能和光电能量转换效率.揭示了D-SS敏化的DSSCs的光电性能,特别是光电能量转换效率比D-ST敏化的DSSCs的低的原因.染料敏化剂分子的HOMO能级的位置对于DSSCs来说也是很重要的,用于DSSCs的有机敏化剂分子的HOMO能级的位置必须低于氧化还原电解质的氧化还原能级.     

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究, 从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂. 对前线分子轨道的计算表明, 二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入. 对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明, 二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好. 对染料分子的能级计算表明, 二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂. 二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO) 能级均比TiO2晶体导带边能级高, 能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子. 二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I-3能级低, 保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子. 与实验数据比较, 得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面, 对染料的关键要求是LUMO能级的位置. 染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素. 通过对化学键键长的比较表明, 二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同. 对计算结果的分析表明, 二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高, 分子稳定性最好, 在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好, 在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.     

电场对杂金属串配合物[CuCuM（npa）4Cl]+（M=Pt,Pd,Ni）结构影响的理论研究

在Cl→M(r)和M(r)→Cl两个方向电场作用下,采用密度泛函UBP86方法研究了线性杂金属串配合物[CuCuM(npa)4Cl]+(1:M=Pt,2:M=Pd,3:M=Ni)的几何和电子结构的变化规律.总体上,电场作用下高电势端原子的自旋密度减小而低电势端原子的自旋密度增大,原子的负电荷向高电势方向移动,分子能量下降,偶极矩呈线性变化;前线轨道分布呈规律性变化,随电场增大前线占据轨道能升高的显著性次序为πnb>σ*>δ*M(r)—N(r),这使前线占据轨道能级易交错.在Cl→M(r)电场作用下,自旋密度由Cu向杂金属M离域,Cu的正电荷向M转移;分子能量下降更显著;Cu—Cu和Cu—M键缩短,前线轨道能隙减小,利于金属链的电子传输.而M(r)→Cl电场则使Cu—Cu,Cu—M键增长,但对分子能量及金属原子的电荷密度和自旋密度的影响不明显,当增大至一定电场强度后金属原子的自旋密度保持不变,两个方向电场作用下自旋密度的变化呈明显的非对称性.故1～3可能具有分子整流器的潜在应用.     

有机半导体的电子电离能、亲和势和极化能的密度泛函理论研究

准确预测有机半导体的能级(如电子电离能和亲和势等)对设计新型有机半导体材料和理解相关机理至关重要。从理论计算的角度看,主要挑战来自于缺少一种不仅能够在定性上合理而且在定量上精确预测,同时并不显著增加计算成本的理论方法。本文中,我们证明了通过结合极化连续介质模型(PCM)和"最优调控"区间分离密度泛函方法能够准确预测一系列有机半导体的电子电离能(IP)、亲和势(EA)和极化能,其预测结果与实验数据吻合得很好。重要的是,经过调控后分子的前线分子轨道能量(即-~εHOMO和-~εLUMO)与对应的IP和EA计算值很接近。调控方法的成功可以进一步归因于其能够根据不同分子体系或同种分子所处的不同状态(气态和固态)"最优"地平衡泛函中分别用于描述电子局域化和离域化的作用。相比而言,其它常见的密度泛函方法由于包含的HF%比例过低(如PBE)或过高(如M06HF和未调控的区间分离泛函),均不能给予合理的预测。因此,我们相信这种PCM-调控的方法能够为研究其它更加复杂的有机体系的能级问题提供一种更加可靠和便捷的理论工具。     

光电子能谱与同系能级线性规律(Ⅰ)——同系共轭体系

本文用同系共轭体系的光电子能谱得到的各级垂直电离势验证了同系能级线性规律,并对同系因子和同系能级因子随同系序数n和分子轨道序数k的变化关系与实验测得的分子轨道能级E(n,k)随n和k的变化关系作了比较。     

酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

有机半导体材料具有来源丰富、化学结构可裁剪、柔韧性较高、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等优点, 极大地拓展了电子器件的功能与应用. 然而, 电子传输型(n型)有机半导体在分子多样性、载流子迁移率和空气稳定性方面远远落后于空穴传输型(p型)半导体, 从而阻碍了双极晶体管、p-n结和有机互补电路的发展. 酰胺或酰亚胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势, 是构建高性能n型有机半导体的重要策略. 本综述总结了近年来萘二酰亚胺类、苝二酰亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、异靛蓝类和其他酰胺/酰亚胺类小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展, 从分子设计角度出发, 深入讨论了分子结构如何改变分子前线轨道能级、分子间相互作用力、聚集态结构、器件稳定性和电学性能, 最后对其未来的发展方向和面临的挑战进行了展望.     

Pt^＋（^2D）催化H2O和CH4制取水煤气循环反应的理论探究

采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法和非迭代三激发电子相关耦合簇CCSD（T）方法研究了二重态和四重态势能面上由Pt＋（2D,4F）催化H2O和CH4产生水煤气的循环反应.采用分子轨道（MO）理论和自然键轨道（NBO）理论对最低能量路径的反应势能面作了详细的分析说明.应用Kozuch撰写的能量跨度模型（energetic span model）确定了决定循环反应速率的决速过渡态（TDTS）和决速中间体（TDI）,最后计算了催化剂的转化频率（TOF）以评价催化剂的性能.     

Fe~＋（~6D）催化N_2O和CH_4制取甲醇循环反应的理论探究

本文采用密度泛函理论（DFT）B3LYP与耦合簇（CCSD）方法,研究了气相中四重态和六重态势能面上Fe＋催化N2O和CH4制取甲醇的微观机理.运用分子轨道理论和自然键轨道理论（NBO）对反应势能面进行分析,并通过自旋-轨道耦合（SOC）计算,讨论了势能面的交叉情况和自旋翻转的可能性.对Kozuch提出的能量跨度模型引入系间窜越几率加以修正,使其适用于非绝热两态反应.用修正后的能量跨度模型计算了催化剂的转化频率（TOF）,同时确定了整个反应的决速态.     

邻氧乙酸苯甲醛缩水杨酰腙及其配合物结构的量子化学研究和生物活性分析

利用Gaussian03W在B3LYP/3-21G水平上对邻氧乙酸苯甲醛缩水杨酰腙(H2L)及其过渡金属[Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)]配合物ML进行了量子化学计算,得到了优化构型、分子轨道能量和原子净电荷分布,并从自然原子电荷、前沿轨道能量着手分析了化合物的结构特征与生物活性.     

CuCl2催化（2-甲基辛烷-2，3-二烯-4-基）磷酸乙酯氯代环化反应机理理论研究

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法对CuCl2催化的（2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基）磷酸乙酯氯代环化反应机理进行了理论研究．在6-31＋G（d）基组水平上对反应机理中所有反应物、过渡态、中间体和产物进行了优化,通过能量和振动频率分析以及IRC计算证实了中间体和过渡态的合理性．在相同基组水平上应用自然键轨道（NBO）理论和分子中的原子（AIM）理论分析了复合物的成键特征和轨道间相互作用．反应物R和催化剂CuCl2可通过IA和IB两条可行反应通道生成中间体IM9,控制步骤活化能分别是129．61和142．10kJ／m01．中间体IM9到产物P也有两条反应路径PA和PB,控制步骤活化能分别是179．55和9．83kJ／m01．整个反应机理中IA—PB和IB—PB反应通道可能同时发生,反应控制步骤活化能最低反应通道为IA→PB．     

脂肪胺水溶液吸收CO2的热力学参数的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究CO2在脂肪胺水溶液热力学参数．研究的脂肪胺包括烷基胺、链烷醇胺、二胺以及氨基酰胺．在B3LYP/6-311＋ G（d,p）水平计算脂肪胺在CO2气相中的振动频率．通过连续介质模型在HF/6-31G（d）水平计算了溶剂几何优化的标准自由能,评价了CO2吸收到脂肪胺水溶液过程有关的两个重要参数：酸解离常数和标准焓变二者之间大致呈线性关系．随着胺碱度的提高,CO2吸收过程释放的热量增加,则胺再生所需的能量增加．     

O2、CO2和H2O在UN（001）表面化学吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度近似GGA,修正Perdew—Burke—Ernzerhof交换-关联泛函,以及周期性切片模型对O2、CO2和H2O在UN（001）表面的化学吸附行为进行非白旋极化水平的密度泛函理论计算．在四个对称性化学位置条件下,对化学吸附能与分子和UN（001）表面之间距离的关系曲线进行优化．结果表明O2、CO2和H2O分子的最稳定吸附位置分别为桥式平行、空心平行和桥式H向上,化学吸附能分别为14．127、4．421和5．736kJ／mol．从吸附物UN（001）表面角度考虑,O2与UN（001）表面之间的相互作用最高,然后为CO2和H2O,表明这些相互作用与吸附物的晶体结构相关．O2化学吸附导致UN（001）表面的N原子向基体内部迁移,而CO2和H2O化学吸附对UN（001）表面分别具有中等和忽略不计的效应．计算获得的态密度显示了化学吸附分子S、P轨道和U6d、U5f轨道之间的电子电荷转移行为．     

分子形貌所指示的羟基卡宾及其衍生物的质子转移反应

分子形貌(Molecular face, MF)定义分子的内禀电子转折边界面, 同时在其上计算并描绘出前沿电子密度(MFED). MF不仅能显示分子的形状和大小, 还能够指示分子的化学反应性. 应用M06-2X/6-311++G(d,p)理论方法, 对单线态和三线态羟基卡宾分子及其衍生物的质子化反应进行研究并计算了这些反应的活化能. 结果表明, 吸电性和供电性较强的取代基,均使单线态反应活化能增大,只有吸电性较强的─CN才能使三线态反应活化能增大. 应用分子形貌理论研究了上述反应, 不仅展示出分子的形貌变化、 与反应位点的关联, 以及有关物理量的变化倾向, 而且还定量地显示出, 单线态羟基卡宾及其衍生物分子边界面上前沿电子密度极大值与极小值的差值, 与其质子转移反应的活化能之间存在线性相关.     

TATB与二氟甲烷以及与聚偏二氟乙烯的分子间相互作用

动用密度泛函理论(SFT)B3LYP方法,取3－21G*基组,求得TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)与CH~2F~2混合体系的三种优化构型以Boys-Bernardi方案校正基组叠加误差求得结合能。在B3LYP/6----311G*//B3LYP/3---21G*水TATB与CH~2F~2间的最大结合能为4.62kJ·mol^-1,还用MO－PM3方法计算TATB与---（CF~2CH~2}－(N=1,2,3,4,5,)的混合体系,由色散校正电子相关近似地求得其结合能力。当n＝5时,求得TATB与－（CF~2CH~2）--~n的最大结合能约为52.97kJ·MOL^-1。此外,自然键轨道分析用于讨论TATB与CH~2F~2之间的电荷转移。     

半胱氨酸在碳钢与硫酸界面的缓蚀行为

Interfacial behavior of cysteine (Cys) between mild steel and sulfuric acid solution as a corrosion inhibitor has been studied with electrochemical AC (alternating current) and DC (direct current) techniques at (25.0±0.1) ℃. The AC impedance results were evaluated using equivalent circuits in which a constant phase element (CPE) has been replaced with double layer capacitance (Cdl) to represent the frequency distribution of experimental data. Changes in impedance parameters (charge transfer resistance and double layer capacitance) indicated that cysteine molecules acted by accumulating at the metal/solution interface. The fractional coverage of the metal surface (θ) was determined using AC impedance results and it was found that the adsorption of cysteine on the mild steel surface followed a Langmuir isothermmodel with a standard free energy of adsorption (⊿G0ads) of -35.1 kJ·mol-1.  To clarify the type of interaction between mild steel surface and cysteine molecules with a molecular orbital approach, electronic properties, such as, the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy, the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy, and the frontier molecular orbital coefficients have been calculated. Energy gaps for the interaction of mild steel surface and cysteine molecules (ELUMOFe-EHOMOCys and ELUMOCys-EHOMOFe) were used to determine whether cysteine molecules acted as electron donors or electron acceptors when they interacted with the mild steel surface. The local reactivity was evaluated through the condensed Fukui indices. Theoretical calculations were carried out using the density functional theory (DFT) at B3LYP level with the 6-311++G(d,p) basis set for all atoms by Gaussian 03W program.     

CuI/BtH催化苯硫酚与对甲氧基溴苯C–S偶联合成(4-甲氧基)(苯基)硫醚反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对CuI/BtH催化苯硫酚与对甲氧基溴苯C–S偶联合成(4-甲氧基)(苯基)硫醚反应机理进行了理论研究.在6-31+G(d)基组水平上,全参数优化了气相条件和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂化条件下反应机理中所有反应物、过渡态、中间体和产物构型,对优化后各化合物的构型在B3LYP/6-311++G(d,p)基组下进行了单点能计算和零点能矫正,通过能量和振动频率分析以及内禀反应坐标(IRC)计算证实了中间体和过渡态的合理性.并且在优化计算相同基组水平上,应用自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子(AIM)理论分析了复合物的成键特征和轨道间相互作用.在CuI单独催化此反应的机理中,计算得到一条反应路径,控制步骤所需活化能是180.49 kJ/mol(sol).而当CuI/BtH共同催化反应时,计算得到两条反应通道IA和IB,其中IA为最优反应通道,控制步骤所需活化能为101.77kJ/mol(sol);IB反应通道控制步骤活化能为143.78 kJ/mol(sol).配体苯并三唑(BtH)加入反应有效地降低了反应控制步骤所需活化能,同时有利于产物和催化剂的分离,这与实验所得结论一致.