B12Sc4和B12Ti4团簇的储氢性质

提出了两个稳定的团簇B12Sc4和B12Ti4,基于理论计算,研究了它们的结构与储氢性质.结果发现,在这两个稳定的团簇中,过渡金属原子不会聚合在一起而影响它们对氢气的吸附. B12Sc4最多可以吸附12个氢分子,达到7.25%(质量分数)的储氢量,它的平均每氢分子吸附能量为-10.5 kJ·mol-1. B12Ti4最多只能吸附8个氢分子,储氢量为4.78%,但其平均每氢分子吸附能量可达-50.2 kJ·mol-1.进一步计算表明,即使在77 K,也需要很高的氢气压力才能使12个氢分子都吸附到B12Sc4上.电子结构分析表明, B12Ti4-nH2吸附结构中的Kubas作用要大于相应B12Sc4-nH2结构中的Kubas作用     

LaC4团簇的理论研究

应用量子化学从头算方法研究了LaC4团簇，结果表明，在所提出的构型中，稀土位于碳环上最稳定，计算得到该团簇的绝热电子亲和势为81．05kJ/mol，离化能为628．88kJ/mol。该结果解决了实验中无法测定的问题，同时为合成实验提供了一定的理论指导。     

H8Si8O12和H8Si7TiO12 团簇的几何构型和电子结构的从头算研究

应用HF、 MP2和杂化的B3LYP方法,使用3-21G基组,对H8Si8O12 和H8Si7TiO12团簇的几何构型、总能进行了计算,并在B3LYP/3-21G的水平上对硅原子的核磁共振化学位移进行了研究,得到的几何构型,以及核磁共振化学位移与实验结果进行了比较,发现吻合得很好。计算了H8Si8O12和H8Si7TiO12团簇的Mulliken布居数的大小。并对Si原子被Ti原子取代前后的H8Si8O12体系的几何构型、 Mulliken布居数的变化进行了比较和研究。     

B4C2,B2C4簇的从头算研究

用量子化学从头计算方法研究了Ｂ４Ｃ２，Ｂ２Ｃ４簇各种可能的几何构型，计算了相应的振动光谱。Ｂ４Ｃ２的稳定构型除直线，平面构型外还有三维模型，而Ｂ２Ｃ４的稳定构型均为直线、平面构型，因此，Ｂ４Ｃ２与Ｂ６接近，Ｂ２Ｃ４与Ｃ６接近。Ｂ－Ｃ和Ｃ－Ｃ多重键及强共轭效应是Ｂ４Ｃ２和Ｂ２Ｃ４簇稳定的重要因素。     

(TiNi)_x(x=2~4)团簇结构和电子结构

从团簇角度对TiNi形状记忆合金进行了量子化学从头算研究。设计并优化了等原子比(TiNi)x(x=2~4)簇的多种可能几何结构,并对较稳定构型进行电子结构的分析。结果表明,等原子比的(TiNi)n团簇以TiNi成键为主要分子骨架,小团簇有较多能量接近的异构体,TiTi成键对能量降低有较大贡献。     

Sc,Ti,V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究

3d过渡金属修饰是改善石墨烯储氢性能的最有效途径, 但仍存在金属团聚和H₂解离导致难以脱附的问题. 提出了B/N掺杂单缺陷石墨烯(BMG/NMG)的策略来避免以上两个问题. 密度泛函理论计算结果表明, N掺杂可以使Sc, Ti, V与石墨烯的结合能提高3~4倍, B掺杂可以将Sc与石墨烯的结合能提高3倍. Sc/BMG和Sc/NMG吸附的第一个H₂不会解离. Sc/BMG中Sc吸附5个H₂, 平均氢分子结合能为-0.18～-0.43 eV, 并且可以通过在同侧锚定多个Sc原子形成Sc/C₃B₂五元环增加H₂吸附位点. Sc/NMG中每个Sc吸附6个H₂, 平均氢分子结合能为-0.17～-0.29 eV, 还可以通过在异侧修饰形成Sc/N₃/Sc单元进一步提高储氢能力. 研究结果将为设计基于3d过渡金属修饰碳材料的储氢材料提供理论基础.     

NixZry(x:y=1∶2或2∶1)团簇的量子化学研究

根据化学键理论和拓扑学原理,设计了非晶态团簇NixZry(x:y=1∶2 或2∶1, x+y≤9)的几十种可能的构型,并应用量子化学从头算方法对它们的几何构型进行了优化,分析比较了这些构型的能量和稳定性。结果表明对于NixZry(x:y=1∶2)低对称性的平面构型最稳定,而NixZry(x:y=2∶1)三棱柱构型最稳定。这可能是由于两者外层价电子的数量差异所致： Zr仅有4个价电子,较适宜配位数低的平面构型,而Ni（4s23d8),更适宜立体构型。     

碱土金属Ben (n=1~3)对B12团簇结构的调控研究

基于第一性原理, 系统地研究了Be_n (n=1~3)对B₁₂团簇结构的调控. 结果表明: 团簇BeB₁₂全局极小结构为C_s对称性准平面结构, 而Be₂B₁₂和Be₃B₁₂最稳定的结构均为笼状结构, 对称性分别为C_s和C_2v. 随着Be_n (n=1~3)原子数的增加, 团簇B₁₂由准平面结构过渡到笼状结构, 且Be倾向内嵌在B₁₂笼状结构表面的B₇或B₈单元环中, 通过离子和共价作用形成稳定Be&B₇和Be&B₈单元, 从而稳定笼状结构. 自然键轨道(NBO)分析表明, 团簇C_s BeB₁₂, C_s Be₂B₁₂, C_2v Be₃B₁₂内部存在电子转移情况, Be原子2s轨道上失去电子, Be—B键主要以离子作用为主, 同时也存在共价作用. 成键分析显示C_s Be₂B₁₂和C_2v Be₃B₁₂的π键遵循球状芳香性2(n+1)² (n=1)电子计数规则, 表明该团簇具有球状芳香性. 预测了三个结构的红外和拉曼光谱, 为以后的合成实验和数据表征提供了理论基础.     

1,4-二氧六环和氨分子氢键团簇的从头算

在不同基组水平上,对１,４－二氧六环和氨分子氢键团簇体系进行了从头算分子转道法研究,优化得到中性团簇,离子团簇和碎片离子（质子化团簇离子和非质子化团簇离子）平衡几何构型,研究结果表明：中性团簇最稳定构型为Ｒ－ＨＮ２－ＨＮＮ２（Ｒ：１,４－二氧六环）,离子团簇由于发生质子转移,其构型与中 团簇有较大的淡同,两类碎片离子Ｒ（ＮＨ３）＋和Ｒ（ＮＨ３）Ｈ＾＋与中性团簇Ｒ（ＮＨ３）的结构也有所不同     

氨和甲醇团簇中的质子转移反应

应用激光多光子电离质谱和分子束技术研究了氨和甲醇二元团簇,实验观测到两个系列质子化的团簇离子: (CH3OH)nH+和(CH3OH)nNH4+(1≤n≤14 ),其产生是经过二元团簇内的质子转移反应。同时也研究了氘代甲醇CH3OD和氨混合团簇,结果表明OD原子团中的D转移概率比CH3原子团中的质子转移概率大几倍。在HF/STO-3G和MP2/6-31G*　*水平上对氨和甲醇二元团簇进行了计算,结果表明与CH3相比OH中的质子转移更加容易,因为CH3中的质子转移过程要克服高度约120 kJ/mol的能垒。     

B2Au20/-/2-: 硼金团簇中的硼-硼多重键

采用密度泛函和波函数理论方法对B₂Au^20/-/2-的几何结构和电子结构进行研究. 计算结果表明阴离子B₂Au^2- ([Au-B B-Au]^-) (C_2h, ²A_u)和B₂Au^22- ([Au-B≡B-Au]^2-) (C_2h, ¹A_g)的基态结构均为线性结构, 即以含有多重键的BB单元(B B或B≡B)为中心, 两端各连接一个Au原子, 但两端的B－Au键不在同一直线上, 结构稍有变形; 而中性分子B₂Au₂ ([Au-B＝B-Au]) (D_∞h, ³Σ_g^-)的基态结构是以B＝B为中心, 两端各与一个Au原子相连的完美的线性结构. C_2h B₂Au^2-的单电子垂直剥离能和对称性伸缩振动频率的计算结果为实验表征提供依据.另外, 计算发现无机盐B₂Au₂Li₂结构中仍包含B≡B, 此结果一方面为其实验合成提供了可能性, 另一方面表明含有B≡B的B₂Au₂^2-结构极为稳定, 可作为结构单元存在于凝聚相中.     

CH2+O2反应的反应机理

The mechanisms of the CH2＋ O2→ H2O＋ CO and CH2＋ O2→ H2＋ CO2 reactions have been studied by performing ab initio CAS(8,8)/6-31G(d,p) calculations, and five intermediates(IMn) and eight transitions(TSn) have been located along the reaction paths. The predicted path for the CH2＋ O2→ H2O＋ CO is: CH2＋ O2→ TS1→ IM1→ TS2→ IM2→ TS3→ IM3→ TS4→ IM4a→ TS5→ H2O＋ CO. For the CH2＋ O2→ H2＋ CO2 reaction, there are two paths: (i) CH2＋ O2→ TS1→ IM1→ TS2→ IM2→ TS3→ IM3→ TS6→ H2＋ CO2 and (ii) CH2＋ O2→ TS1→ IM1→ TS2→ IM2→ TS3→ IM3→ TS4→ IM4a→ TS7→ IM4b→ TS8→ H2＋ CO2, with the latter path more favorable energetically.     

HNCO热解为CO2和HNCNH的反应机理理论研究

利用从头算ＲＨＦ／３－２１Ｇ方法研究了ＨＮＣＯ二聚后生成ＨＮＣＮＨ和ＣＯ２的反应机理。计算表明,该反应是分步反应,由反应物经第一过渡态生成四元环中间体,再经过第二过渡态分解为产物,与实验得到的结论一致。反应的第一步是速度控制步骤,计算得到的活化位垒为１７２．５５ｋＪ·ｍｏｌ＾－１,与实验上测得的１７６．４０±１６．３０ｋＪ·ｍｏｌ＾－１相吻合。反应的第二位垒为８３．６８ｋＪ·ｍｏｌ＾－１,在实验条     

Li修饰B12N12储氢行为的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理投影缀加波方法, 研究了Li 修饰的B₁₂N₁₂笼子的储氢行为.计算结果表明: Li 原子吸附在B₁₂N₁₂笼子的四元环和六元环相交的B－N桥位上, 相对于其它六个高对称吸附位置更稳定, B₁₂N₁₂笼子周围最多可以吸附3 个Li 原子, 最稳定的构型是三个Li 原子同时吸附在N原子顶位(Top-N site). 每个Li 原子的周围能吸附三个氢分子, 笼子外侧还可以吸附两个氢分子, 内部最多可以吸附5 个氢分子. 考虑到笼内和笼外的吸附, B₁₂N₁₂笼子总的储氢量(氢分子)达到9.1% (w).     

丙氨酸二肽分子二级结构与振动光谱特性

利用从头算方法探索蛋白质模型分子——丙氨酸二肽的二级结构布居特性以及体系势能变化. 引入对分子结构敏感的振动探针(酰胺振动吸收带), 借助其光谱表象, 寻求振动光谱参数与分子结构之间的联系. 研究结果表明: 丙氨酸二肽分子处于C_7eq构型(Φ/Ψ=-80°/80°)时具有最低能量值, 且分子易形成β折叠、PP_II、C₅及C₇等能量较低的稳定构型. 通过简正模式分析, 得到分子3N-6 个振动模式的吸收光谱, 并通过势能分布分析方法对分子骨架上酰胺振动吸收带的特征振动模式进行了指认. 重点考察分子骨架上酰胺-I带振动光谱参数与分子构型变化之间的相关性, 建立振动光谱参数与蛋白质二级结构之间的联系, 为在化学键水平上研究蛋白质的结构及其发挥作用的机制提供科学依据.     

Structural and Electronic Properties of Li2Mg(NH)2 for Hydrogen Storage: First-principles Study

The structural and electronic properties of Li₂Mg(NH)₂ for hydrogen storage have been studied by first-principles calculation. The optimal unit cell parameters and the distance of N-H are determined, which are in good agreement with the experimental data. The bulk modules and the energies of zero pressure are obtained by using Murnaghan equation of states. The results show that the α-Li₂Mg(NH)₂ is a ground state configuration. The overlap population analysis shows that the N-Li/Mg ionic characteristics and N-H interaction of αphase are weaker than those of βphase. The valence band is dominated by the presence of N s and p states, hybridized with the H s state.     

NH0-1+2-3离解能等的高级ab initio计算与评价

A recent experimental determination[1] of the dissociation energies (D0) for H2N-H, H2N+-H and H2N-H+, the ionization energies for NH3 and NH2 resulted in large deviations when compared with those of the earlier values and the QCISD(T)/6-311+G(3df,2p) ab initio calculations. We have performed some higher level ab initio calculations on these data by utilizing the Gaussian 92/DFT and Gaussian 94 pakages of programs and have assessed the available experimental values. Our calculations were carried out at the QCISD (TQ)/aug-cc-pVDZ, G2(QCI), QCISD(T)/6-311 ++G(3df,3pd) and QCISD(T)/aug-cc-pVTZ levels of theory. Geometries were optimized at both of the MP2(full)/6-31G(d) and the MP2(full)/6-31(d,p) levels, and were compared with those of the experiments if available. The MP2(full)/6-31G(d,p) tight-optimized geometries for the neutrals are closer to those of the experiments than those of the MP2 (full)/6-31G(d), and are in excellent agreement with the experimental results as shown in Table 1. In this case, we assumed that the optimized geometries for the cations would be better if p polarization functions are added to the hydrogen atoms. We firstly noted that the symmetry of the NH3+ cation was D3h, other than Cs. as reported in ref.[1]. All of the zero-point energies and the final geometries are calculated at the MP2(full)/6-31G(d,p) level of theory. We have also repeated the QCISD(T )/6-311 + G(3df,2p) calculations of ref. [1], because we could not identify their level of goemetry optimization. It is found that the total energy, -55.244 19 Hartrees, for NH2+(1A1 ) in ref.[1] might be in error. Our result is -55.336 29 Hartrees at the same level of theory. At our highest level [QCISD(T)/aug-cc-pVTZ] of calculations as shown in Table 3, the D0 (temperature at zero Kelvin) values of H2N-H, H2N+-H(3B1for NH2+ ) and H2N- H+ are 4.51, 5.49 and 8.00 eV, respectively. These data reported in re f.[1] were 4.97, 5.59 and 8.41 eV, respectively. Our result on D0(H2N-H) supports the work of ref.[2,3,5,6]. The ionization energies (IE) for NH3 and NH2 (3B1 for NH2+) at our highest level are 10.11 and 11.09 eV while in ref.[1] were 10.16 and 10.78 eV, respectively. For the latter, our result supports the experiment of ref.[3]. Our predicted D0 for HN2+-H and IE for NH2 (1A1 for each NH2+) are 6.80 and 12.39 eV, respectively. These values differ greatly from the predicted values (9.29 and 14.88 eV) of ref.[1] where the total energy of NH2+(1A1) might be in error. The D0 value for HN-H has not been found in ref.[1]. Our result supports the work of ref.[3]. We have also derived all of these values at the temperature of 298K and under the pressure of 101kPa at several levels of thoery as shown in Table 3. On examining the experiment of ref.[1] in detail, it is easy to find that all of the larger deviations might be from a too high value of the appearance potential of proton AP(H+). Indeed, ref.[1] has mentioned that the determintion of AP(H+), due to kinetic shift, would lead to a hihger value for the dissociation energy as has been pointed out by Berkowitz and Ruscic. In this work, we concluded that, besides some mistakes in the theoretical calculations of ref.[1], the dissociation energies for H2N-H and H2N-H+,the IE for NH2 (3B1 for NH2+) might also be unreliable and need to be re-examined.
     

组合型Pt3Sn/Al2O3催化剂用于芳香硝基化合物一锅法合成N-烷基芳胺

采用吸附法制备了组合型Pt₃Sn/Al₂O₃双金属催化剂, 将该催化剂用于芳香硝基化合物原位液相加氢一锅法合成N-烷基芳胺. 研究表明, 在503 K, 空速为7.5 h^-1, 水体积分数为5%时, 1%(质量分数)Pt₃Sn/Al₂O₃催化剂具有较高的催化性能, 硝基苯的转化率为100%, N-乙基苯胺和N,N-二乙基苯胺的总选择性为98.2%. 同时,该催化剂对原位液相加氢烷基化反应具有一定普适性, 本文研究的14 种芳香硝基化合物与低级脂肪醇反应,均具有较高的N-烷基化产率.     

1CH2＋N2O反应的势能面

利用密度泛函理论（B3LYP）计算了1CH2＋N2O反应的反应物、中间体、过渡态及产物 的几何构型.进而用从头算方法（QCISD（T））计算了单点能量.由此描绘了反应的势能面, 确定了反应的最终产物通道为N2＋H2CO和NO＋HCN＋H.后者比前者有更大的分支比.N2、H2CO 、NO、HCN的存在有待于实验检测.作者认为,反应在室温下是加成-消除机理,而在高温下 可以通过直接取代的机理获得N2＋H2CO.