化学计量的氧化钠团簇阳离子结构的离子迁移质谱法研究

本文通过离子迁移质谱法研究了氧化钠团簇阳离子(Na_nO_m⁺,n≤11)的稳定结构. 质谱结果表明化学计量组成Na(Na₂O)_(n-1)/2⁺ (n=3、5、7、9和11)系列是稳定的,并且NaO(Na₂O)_(n-1)/2⁺ (n=5、7、9和11)系列作为二级稳定系列. 为了获得这些团簇离子的结构,通过离子迁移率测量实验测定离子和氦缓冲气体之间的碰撞截面. 同时计算了这些组合物优化结构的理论碰撞截面. 结果表明,Na(Na₂O)_(n-1)/2⁺和NaO(Na₂O)_(n-1)/2⁺的结构除了n=9之外,其它具有相似结构框架. Na(Na₂O)_(n-1)/2⁺所有的化合键位于钠和氧之间. 另一方面,NaO(Na₂O)_(n-1)/2⁺中除了Na-O键之外,还存在一个O-O氧键,表明NaO(Na₂O)_(n-1)/2⁺具有过氧化物离子(O₂^2-)作为Na(Na₂O)_(n-1)/2⁺的氧化物离子(O^2-) 的替代物. Na(Na₂O)_(n-1)/2⁺和NaO(Na₂O)_(n-1)/2⁺两种稳定系列都是闭壳组合物. 这些闭壳特征对氧化钠簇阳离子的稳定性具有强烈影响.     

In_nNa_m和In_nNa_m~+(n+m≤5;m,n≠0)团簇结构和性质的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,对In_nNa_m和In_nNa_m~+(n+m≤5;m,n≠0)混合团簇的所有可能构型进行了优化,并作了频率计算.结果表明:较大团簇大多是由较小团簇生长而来的,In_3Na_2团簇有较为丰富的异构体,绝大多数阳离子团簇的稳定结构与其中性稳定结构是相似的;中性团簇基态结构的平均结合能和能隙随Na原子个数变化的趋势基本一致;InNa_3和In_3Na_2的垂直电离能和绝热电离能的差别较大;团簇中的Na原子容易失去电子,而In原子倾向于得到电子.     

中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究

使用密度泛函B3LYP方法,在6-31G*和6-311+G**基组水平上计算中性和阳离子丁酮团簇(CH_3COC_2H_5)_n和(CH_3COC_2H_5)_n~+(n 7)的稳定结构,并比较不同尺寸团簇之间的相对稳定性.中性和阳离子丁酮团簇的结构具有相似性:n=3—7时,组成团簇的丁酮的平均几何参数基本相同,单环结构最稳定;随着团簇尺寸的增加,双环结构的稳定性逐渐上升.通过平均结合能、一阶差分能、HOMO-LUMO能隙等计算分析可知:在所研究的各种尺寸团簇中,(CH_3COC_2H_5)_3是最稳定的中性团簇,与实验中的最强峰对应;(CH_3COC_2H_5)_4~+是最稳定的阳离子团簇.通过电离能计算得到丁酮分子的垂直电离能为9.535 eV与实验值相符,同时证明中性和阳离子丁酮二元团簇的结构变化较大.研究结果为实验中丁酮团簇碎片离子的形成机理提供一定的理论依据,并且为进一步研究酮类分子团簇的生长规律提供有价值的信息.     

甲醇/水混合团簇的多光子电离质谱研究

利用多光子电离技术结合飞行时间质谱仪对甲醇/水混合团簇进行了研究.在脉冲激光波长为355 nm条件下观测到团簇离子.主要的电离产物为质子化的(CH3OH)n(H2O)H+(n=l-13)混合团簇离子与(CH3OH)nH+团簇离子,经分析(CH3OH)1o(H2O) H+和(CH3OH)3H+为幻数结构.甲醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因.不同尺寸团簇离子信号强度随电离激光光强变化的光强指数曲线显示,团簇均发生四光子电离过程.     

Cu+、Ag+、Au+与乙硫醇的气相化学反应

利用激光溅射-分子束的技术,结合反射飞行时间质谱计,研究了Cu+、Ag+、Au+与乙硫醇的气相化学反应.结果显示这三种金属离子与(CH3CH2SH)n反应形成一系列团簇离子M+(CH3CH2SH)n,且团簇离子尺寸不一样.Ag+、Au+与乙硫醇的反应还生成了(CH3CH2SH)+n,由此推测Cu+、Ag+、Au+与乙硫醇团簇的反应存在两种通道,一种通道是生成M+(CH3CH2SH)n,另一种是生成(CH3CH2SH)+n.Cu+、Au+与乙硫醇的反应还生成了M+(H2S)(M=Cu、Au),但是实验中没有观察到Ag+(H2S),理论计算表明Ag+(H2S)很不稳定.另外,分析产物离子M+(CH3CH2SH)n的强度发现,n=1～2之间存在明显的强度突变现象.     

Sin-1N和Sin-2N2(n=3～8)离子团簇结构及其光电子能谱的研究

利用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组上对Sin-1N和Sin-2N2(n=3~8)阴阳离子团簇的几何结构和光电子能谱进行了系统研究。结果得到了各团簇的最稳定结构,Sin-2N2离子团簇对称性比Sin-1N离子团簇对称性好;Sin-1N(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤4时为平面结构,n>4时为立体结构;Sin-2N2(n=3~8)离子团簇的几何结构在总原子数n≤6时为平面结构,n>6时为立体结构;对于Sin-1N 团簇,总原子数是偶数的团簇比总原子数为奇数的团簇稳定;对于Sin-1N-及Sin-2N2阴阳离子团簇,总原子数是奇数的团簇比总原子数为偶数的团簇稳定。     

Cu~+、Ag~+、Au~+与乙硫醇的气相化学反应

利用激光溅射 分子束的技术 ,结合反射飞行时间质谱计 ,研究了Cu+、Ag+、Au+与乙硫醇的气相化学反应。结果显示这三种金属离子与 (CH3 CH2 SH) n 反应形成一系列团簇离子M+(CH3 CH2 SH) n,且团簇离子尺寸不一样。Ag+、Au+与乙硫醇的反应还生成了 (CH3 CH2 SH) +n ,由此推测Cu+、Ag+、Au+与乙硫醇团簇的反应存在两种通道 ,一种通道是生成M+(CH3 CH2 SH) n,另一种是生成 (CH3 CH2 SH) +n 。Cu+、Au+与乙硫醇的反应还生成了M+(H2 S) (M =Cu、Au) ,但是实验中没有观察到Ag+(H2 S) ,理论计算表明Ag+(H2 S)很不稳定。另外 ,分析产物离子M+(CH3 CH2 SH) n 的强度发现 ,n =1～ 2之间存在明显的强度突变现象     

(GaP)n,(GaP)+n和(GaP)-n(n=1～6)团簇的几何结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3L YP方法,在6-31G*水平上,对(GaP)n,(GaP)n 和(GaP)n-(n=1~6)团簇的几何结构、红外光谱和热力学稳定性及电子态进行了研究.得到了(GaP)n,(GaP)n 和(GaP)n-(n=1~6)团簇的基态结构.结果表明:团簇的电荷状态对簇合物的结构有影响;在(GaP)n,(GaP)n 和(GaP)n-(n=1~6)团簇中,n=3,5团簇的基态结构较稳定.     

第一性原理对(NaP_3)_n(n=1～5)团簇的几何结构和性质的研究

本文采用第一性原理研究了(NaP_3)_n(n=1~5)团簇的几何结构、能隙、电荷分布以及态密度.研究结果表明:NaP_3团簇为线型结构,是(NaP_3)_n(n=1~5)团簇中的基本单元,随着n增大,团簇转变为环状结构和空间结构;(NaP_3)_3团簇的能隙出现峰值,表明该团簇较其他团簇有较高的稳定性;(NaP_3)_3团簇中对于高能量区域的态密度是由Na 3s和P 3p轨道贡献,其中在费米附近的能量主要由P 3p轨道贡献,对于低能量区域的态密度主要由Na 3s轨道贡献;(NaP_3)_n(n=1~5)团簇中的Na原子电荷分布均为正值,表明电荷总体上是从Na原子转移到P原子.     

[Co(CO_2)_n]~+团簇的红外解离光谱实验和理论研究（英文）

本文利用红外光解离光谱研究了一价钴阳离子与二氧化碳之间的相互作用.通过密度泛函理论计算得到[Co(CO_2)_n]~+团簇的几何结构,并且模拟了它们的振动光谱与实验数值进行比较.研究结果表明,在[Co(CO_2)_n]~+(n=2～6)团簇中,钴阳离子通过电四极矩静电作用以端点结合的方式与二氧化碳中的氧原子结合在一起.团簇的红外光谱都集中在二氧化碳反对称伸缩的波数附近,并且随着团簇尺寸的变化出现蓝移,最后把[Co(CO_2)_n]~+的红外光解离光谱与稀有气体贴附的[Co(CO_2)_n]~+-Ar的红外光解离光谱进行了比较.     

用密度泛函方法研究质子化苯基丙酮-水团簇

应用密度泛函B3LYP/631+G(d,p)计算方法,对质子化苯基丙酮水团簇这个弱相互作用体系进行了全自由度能量梯度优化,得到该系列团簇的稳定结构.结果表明,H+C8H8OH2O团簇的形成过程为一无能垒的反应过程,在质子与C8H8O分子中O原子的距离为1.015时达到平衡几何.对H+C8H8O(H2O)n(n=1,2,3)团簇,质子位于C8H8O分子和水分子之间,且随着团簇尺寸的增加,质子与C8H8O分子中O原子之间的距离也增加;C8H8OH+H2O可以视为溶剂壳.而对H+C8H8O(H2O)n(n=4,5,6,7,8)团簇,质子位于两个水分子之间,形成H5O2+结构,即C8H8OH5O2+为该系列团簇的中心结构,新增加的水分子以从不同方向进攻这个中心的方式形成更大尺寸的团簇.     

Nb_2 Si_n^+(n=1～6)团簇的密度泛函理论研究北大核心CSCD

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了Nb2Sin+(n=1～6)团簇的几何结构和电子性质.结果发现最低能Nb2Sin+团簇除了n=5,6发生了微小畸变外,其余基本保持了相应的中性Nb2Sin[(n=1～6)]团簇的结构.且除了Nb2Si+团簇外,所有的最低能结构都是自旋二重态,电子态也都为2A;由原子平均束缚能和分裂能可知,Nb2Sin+团簇的热力学稳定性比相应的Nb2Sin团簇[(n=1～6)]强,说明失去一个电子增加了团簇的热力学稳定性.且Nb2Si3+团簇的热力学稳定性是Nb2Sin+(n=1～6)团簇中最强的.从绝热电离势(AIP)和垂直电离势(VIP)的结果发现,由于VIP与AIP差值很小,说明Nb2Sin+团簇和Nb2Sin团簇[(n=1～6)]结构的构型相同.Nb2Si团簇的AIP值具有最小值6.623eV,表明在实验上很容易得到它们的阳离子形式且在质谱中可观测到较高的峰值.对HOMO-LUMO能隙的研究表明与相应的Nb2Sin(n=1～6)团簇相比,Nb2Sin+(n=1～6)团簇的HOMO-LUMO能级除了n=2,6外普遍增大,说明Nb2Sin+团簇的化学稳定性强于Nb2Sin团簇[(n=1～6)],并且除了Nb2Si3+团簇外都是半导体性的.由Mulliken电荷布局得出团簇的总磁矩和原子局域磁矩,表明Nb2Si+团簇的总磁矩最大,为3.0μB,呈现为铁磁质.硅原子则在不同的团簇中表现为顺磁性或抗磁性.     

关于Al_nC和Al_nC~+(n=1—8)团簇结构和稳定性的研究

通过采用7种密度泛函理论DFT方法对AlnC进行计算,所得结果与实验数据比较,选择了B3lyp方法和6-311G(d)基组对AlnC及AlnC+(n=1—8)团簇进行结构优化和频率分析,得到了AlnC及AlnC+基态以及亚稳态结构.当n从小到大变化时,这些团簇的结构从平面向立体过渡,平面构型以三角形为主,立体构型主要是三棱柱笼状结构;在这些团簇中的高对称性结构中,中性团簇和阳离子只能有其一是稳定构型;在所研究的团簇中,Al2C和Al5C团簇较为稳定.     

甲胺水合离子团簇的结构模型及红外光谱研究（英文）

本文利用量子化学计算方法,研究了甲胺和水复合离子团簇[(CH_3NH_2)(H_2O)_n]~+的几何结构、能量和红外光谱,揭示了结构生长模型、氢键作用机制和质子转移机理.研究结果表明,在[(CH_3NH_2)(H_2O)_n]~+团簇中,甲胺甲基上的一个氢原子转移到氨基上,形成分子内质子转移的CH_2NH_3~+离子核心结构模型,水分子作为氢键受体,与质子化氨基NH_3~+形成氢键.CH_3NH_2~+离子核心结构模型没有CH_2NH_3~+离子核心结构模型稳定.在团簇的红外光谱中,CH振动、自由NH振动、氢键结合的NH振动和OH振动模式在CH_3NH_2~+和CH_2NH_3~+两种离子核心结构模型的理论计算红外光谱中明显不同,因此可用于鉴别甲胺水合离子团簇的结构模型,有助于理解甲胺和水复合团簇的氢键网络结构.     

阳离子X_3~+(X=Sc,Y,La)团簇d轨道芳香性的理论研究

运用密度泛函(DFT)和关联从头算(correlated ab initio)理论,对阳离子X_3~+(X=Sc、Y、La)和相关的中性X_3Cl(X=Sc、Y、La)团簇的稳定结构与芳香性进行研究.计算结果表明,X_3~+阳离子有两个稳定异构体:正三角型(D_(3h))和线型(D_(∞h)),其中正三角型为基态.对于中性的X_3Cl团簇,Sc_3Cl有三个稳定的异构体:三角金字塔型(C_(3v))、双齿型(C_(2v)-1)和C_(2v)-2型(图1);而Y_3Cl和La_3Cl只有2个稳定的异构体:三角金字塔型(C_(3v))和双齿型(C_(2v)-1).但这三个中性X_3Cl团簇的基态都是双齿型(C_(2v)-1)结构.对阳离子正三角型(D_(3h))基态结构进行共振能(RE)和核独立化学位移(NICS)的计算结果表明,X_3~+正三角型异构体展现出较高的芳香性.详细的分子轨道分析显示,正三角型Sc_3~+和Y_3~+阳离子有一个离域的π型分子轨道,显现出单π-芳香性;而正三角型La_3~+阳离子有一个离域的σ型分子轨道,显现出单σ-芳香性.X_3~+单π-芳香性或单σ-芳香性主要源于过渡金属Sc、Y和La的d原子轨道的贡献.另外,通过分子轨道分析还发现,当一个补偿阴离子Cl~-分别与Sc_3~+、Y_3~+阳离子结合成中性Sc_3Cl、Y_3Cl团簇时,其组成单元Sc_3~+、Y_3~+的芳香类型从原π-芳香性变为σ-芳香性,而当一个补偿阴离子Cl~-与La_3~+阳离子结合成中性La_3Cl时,其组成单元La_3~+原σ-芳香性保持不变.换言之,三个中性X_3Cl团簇都只显现出单σ-芳香性.     

苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31+G(d, p)基组水平上对苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;在B3LYP/6-311++G(d, p)基组水平上计算得到了各团簇构型的总能量和结合能,结果显示,在团簇尺寸较小(n≤5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为平面的环状结构,团簇尺寸较大(n5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为三维立体结构.通过对团簇结合能的二阶差分、最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙、费米能级和电离能的分析发现,团簇C_6H_5OH(H_2O)_2的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构.     

Fe_nO_m~+(n+m=4)团簇的构型、电子结构特征和磁性

采用二项式方案构建了FenOm+(n+m=4)团簇的大量可能初始结构.运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论中的PW91交换关联泛函对这些初始结构进行优化和频率分析,得到12个稳定的异构体.在此基础上计算和分析了它们的结合能、对称性、键长、磁矩,最高占据轨道与最低未占据轨道的能隙.发现Fe—O键在FenOm+(n+m=4)团簇的稳定中具有重要作用,团簇的总磁矩主要取决于铁原子的磁矩和各个原子磁矩排布情况.     

Nb2Sin+ ( n = 1～6)团簇的密度泛函理论研究

运用密度泛函方法在在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了Nb2Sin+(n=1～6)团簇的几何结构和电子性质．结果发现最低能Nb2Sin+团簇除了n=5,6发生了微小畸变外,其余基本保持了相应的中性Nb2Sin[(n=1～6)]团簇的结构．且除了Nb2Si+团簇外,所有的最低能结构都是自旋二重态,电子态也都为2A;由原子平均束缚能和分裂能可知,Nb2Sin+团簇的热力学稳定性比相应的Nb2Sin团簇[(n=1～6)]强,说明失去一个电子增加了团簇的热力学稳定性.且Nb2Si3+团簇的热力学稳定性是Nb2Sin+(n=1～6)团簇中最强的．从绝热电离势(AIP)和垂直电离势(VIP)的结果发现,由于VIP与AIP差值很小,说明 Nb2Sin+团簇和Nb2Sin 团簇[(n=1～6)]结构的构型相同.Nb2Si团簇的AIP值具有最小值6.623eV,表明在实验上很容易得到它们的阳离子形式且在质谱中可观测到较高的峰值．对HOMO-LUMO能隙的研究表明与相应的Nb2Sin(n=1～6)团簇相比,Nb2Sin+(n=1～6)团簇的HOMO-LUMO能级除了n=2,6外普遍增大,说明Nb2Sin+团簇的化学稳定性强于Nb2Sin团簇[(n=1～6)],并且除了Nb2Si3+团簇外都是半导体性的．由Mulliken电荷布局得出团簇的总磁矩和原子局域磁矩,表明Nb2Si+团簇的总磁矩最大,为3.0μB,呈现为铁磁质．硅原子则在不同的团簇中表现为顺磁性或抗磁性．     

水合金属团簇M~+(H_2O)_n(M=Cu,Ag,Au;n=1-4)的结构和稳定性研究

利用密度泛函理论B3LYP方法优化了M~+(H_2O)_n(M=Cu,Ag,Au;n=1-4)团簇的几何结构,并对它们的稳定性和电子性质进行了系统研究.计算结果表明,Cu~+(H_2O)_n和Ag~+(H_2O)_n团簇的水合骨架结构由三个氧原子与金属离子相连接而成,而Au~+(H_2O)_n团簇则由两个氧原子与金属离子形成的线性结构而得到.通过计算的结合能和HOMO-LUMO能隙也发现:三种水合金属离子体系的稳定性大小为:Eb(Cu)=Eb(Au)Eb(Ag),但是Ag~+(H_2O)_n团簇具有较高的动力学稳定性.这些研究对于今后过渡金属离子水溶液性质的研究和应用提供了重要的理论参考.     

355 nm激光作用下质子化丙酮-水团簇的多光子电离质谱

为研究由氢键形成的超分子体系内的质子化构型,利用355 nm多光子电离(MPI)技术结合飞行时间质谱（TOF-MS）得到丙酮和水的系列团簇质谱.实验观察到的主要产物是质子化的丙酮水团簇.其团簇构型归纳为(CH3COCH3)n(H2O)n－2H+,(CH3COCH3)n(H2O)n－1H+和(CH3COCH3)n(H2O)nH+.利用Gaussian 98程序优化了团簇的离子态构型,通过频率验证了构型的稳定性,并给出了相关能量和零点修正能.