单个水分子对HO2+H2S反应主通道影响的理论研究

采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对HO2+H2S反应及单分子水参与其主通道的微观机理和速率常数进行了研究.结果表明,HO2+H2S反应主通道为生成产物为H2O2+HS的通道,其表观活化能为14.94 kJ/mol.考虑单分子水对主产物通道的影响发现,所得的势能面比无水参与的反应复杂得多,经历了H2O…HO2+H2S(RW1),HO2…H2O+H2S(RW2)和H2O…H2S+HO2(RW3)3个通道,RW1~RW6共6个路径.其中通道RW1是水分子参与HO2+H2S反应主通道的优势通道.在216.7~298.2K温度范围内通道RW1的有效速率常数呈现出正温度系数效应,在298 K时,k’RW 1/ktotal达到54.2%,表明在实际大气环境中水分子对HO2+H2S反应的主通道具有明显影响.     

水分子催化HCl NO3反应机理及动力学性质的理论研究

本文采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//UB3LYP/6-311+G(2d,p)方法对HCl+NO_3反应机理及速率常数进行了研究,并在此基础上考虑了水分子对该反应的影响。研究结果表明,HCl+NO_3反应经历了生成产物为Cl+HNO_3的通道,克服了13.67kcal·mol~(-1)的能垒。加入水分子后,所得的产物并没有发生改变,但势能面却比裸反应复杂得多,经历了NO_3…H_2O+HCl、H_2O…HCl+NO_3和HCl…H_2O+NO_3三条反应通道。其中通道HCl…H_2O+NO_3为水分子参与反应的优势通道。此外,该通道比相同温度下裸反应的速率常数k_(R1)提高了0.33×10~4~1.07×10~7倍,且在298K时,k’_(RW3)/k’_(total)已达到95.9%,说明此时在实际大气环境中水分子对NO_3+HCl反应有明显的影响。     

NO_2和HSO反应的机理及动力学研究

本文采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//B3LYP/aug-cc-pVTZ方法构建了NO_2+HSO反应的单、三重态势能面,并对主通道速率常数进行了计算。结果表明,该反应在单[R1(HN(O)O+~1SO)、R2 (cis-HONO+~1SO)和R3 (trans-HONO+~1SO)]、三重态[R6 (HN (O)O+~3SO)、R7 (cis-HONO+~3SO)和R8 (trans-HONO+~3SO)]均存在3条抽氢反应通道,在单[R4(NO+HS(O)O)和R5(H+SO_2+NO)]、三重态[R9(HS(O) O+NO)和R10(H+SO_2+NO)]均存在两条抽氧通道,其中单重态抽氢通道R2(cis-HONO+~1SO)是NO_2+HSO反应主通道。利用传统过渡态理论(TST)并结合Wigner校正,计算了上述10条通道在200K～1000K温度范围内的速率常数。计算结果表明,NO_2+HSO反应主通道在298K时的速率常数(7.78×10-13cm3·molecule-1·s-1)与实验值(9.6×10-12cm3·molecule-1·s-1)相近。此外,水分子影响主通道R2(cis-HONO+~1SO)经历了NO_2+H_2O…HSO和NO_2+H_2O…HSO(HSO+NO_2…H_2O)两条反应通道,且两条通道的能垒分别比R2升高了49.97和20.67 kcal·mol-1,说明在实际大气环境中水分子对NO_2+HSO反应几乎没有影响。     

NO2和HSO反应的机理及动力学研究

本文采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//B3LYP/aug-cc-pVTZ方法构建了NO2 + HSO反应的单、三重态势能面,并对主通道速率常数进行了计算。研究结果表明,该反应在单[R1(HN(O)O + 1SO)、R2(cis-HONO + 1SO)和R3 (trans-HONO + 1SO)]、三重态[R6(HN(O)O + 3SO)、R7(cis-HONO + 3SO)和R8(trans-HONO + 3SO)]均存在3条抽氢反应通道,在单[R4(NO + HS(O)O)和R5(H + SO2 + NO)]、三重态[R9(HS(O)O + NO)和R10(H + SO2 + NO)]均存在两条抽氧通道,其中单重态抽氢通道R2 (cis-HONO + 1SO)是NO2 + HSO反应主通道。利用传统过渡态理论(TST)并结合Wigner校正,计算了上述10条通道在200 ~ 1000 K温度范围内的速率常数。计算结果表明,NO2 + HSO反应主通道在298 K时的速率常数(7.78×10-13cm3?molecule-1?s-1)与实验值(9.6×10-12 cm3?molecule-1?s-1)相吻合。此外,水分子影响主通道R2(cis-HONO + 1SO)经历了NO2 + H2O…HSO和 NO2 + H2O…HSO(HSO + NO2…H2O)两条反应通道,且两条通道的能垒分别比R2升高了49.97和20.43 kcal?mol-1,说明在实际大气环境中水分子对NO2 + HSO反应几乎没有影响。     

大气中单个水分子影响HOBr+OH·反应的理论研究

在aug-cc-pVTZ基组下采用CCSD(T)和B3LYP的理论方法,研究了OH·与HOBr的反应,并考虑在大气中单个水分子对HOBr+OH·反应机理及动力学的影响.理论计算表明:对于OH+HOBr反应,发现了两个反应通道及其对应的反应前络合物,且计算出的能垒与实验结果符合得较好,当加入一个水分子后,共找到6个不同的反应通道.更加重要的是对于HOBr与H2O…HO·氢键络合物反应,反应能垒降低约1.00 kcal·mol-1.为了评估这些过程在大气化学中的重要性,应用过渡态理论计算各个反应通道的反应速率常数.计算结果表明,在298 K,没有水分子参加反应的反应速率常数为1.77×10-13cm3 molecule-1·s-1,与以前的理论计算一致.当加入水分子时,HOBr…H2O+OH·反应速率常数增加约50倍.     

CCl2自由基与H2O分子反应动力学研究

用213nm激光光解CCl4产生CCl2自由基,用LP-LIF技术测定了室温下基态CCl2自由基与H2O分子的反应速率常数为(5.45±0.95)×10-14cm3·molecule-1·s-1.在G2MP2理论水平上计算了CCl2+H2O反应的最低单重态势能面,揭示了插入与加成-消除两种反应机理,得到了三个可能的产物通道:HCl+HClCO、HCl+trans-ClCOH以及HCl+cis-ClCOH.并用RRKM-TST和传统过渡态理论计算了这三个通道的分支比及其温度效应.结果说明在低温下(273K),插入机理的产物通道的分支比远大于加成-消除机理的产物通道,HCl+HClCO是主要产物,分支比为77.4%,其次是HCl+cis-ClCOH,分支比为22.6%.而在高温下(3000K),加成-消除机理的反应通道大于插入机理,HCl+trans-ClCOH分支比为82.3%.     

n(H_2O)(n=1,2)在HO_2+NO→HNO_3反应中的催化机制研究

采用CCSD(T)/aug-cc-p VTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对n(H_2O)(n=0,1,2)参与HO_2+NO→HNO_3反应的微观机理和速率常数进行了研究.结果表明,由于水分子与HO_2形成的复合物(H_2O…HO_2,HO_2…H_2O)结合NO与水分子形成的复合物(NO…H_2O,ON…H_2O)的反应方式具有较高能垒和较低有效速率,其对HO_2+NO→HNO_3反应的影响远小于双体水(H_2O)2与HO_2(或NO)形成复合物然后再与另一分子反应物NO(或HO_2)的反应方式,因此n(H_2O)(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要经历了HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO和NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_22种反应类型.由于HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应的低能垒和高速率,HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应优于NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_2反应.与此同时,由于计算温度范围内HO_2…H_2O+NO反应的有效速率常数比HO_2…(H_2O)2+NO反应对应的有效速率常数大了10~12数量级,可推测(H_2O)_n(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要来自于单个水分子.此外,在216.7~298.6 K范围内水分子对HO_2+NO→HNO_3反应起显著的正催化作用,且随温度的升高有明显增大的趋势,在298.2 K时增强因子k'RW1/ktotal达到67.93%,表明在实际大气环境中水蒸气对HO_2+NO→HNO_3反应具有显著影响.     

反式2-甲基-2-丁烯酸甲酯与臭氧反应机理的计算研究

采用G3B3方法构建反式2-甲基-2-丁烯酸甲酯与O3反应体系以及后续Criegee自由基有、无水分子参与下异构化反应的势能面剖面.结果表明,反式2-甲基-2-丁烯酸甲酯与O3反应首先生成一个稳定的五元环中间体,此中间体按断键位置不同后续裂解反应存在两条路径,分别生成产物P1(CH3CHOO+CH3OC(O)C(CH3)O)和P2(CH3CHO+CH3OC(O)C(CH3)OO).利用经典过渡态理论(TST)并结合Wigner矫正模型计算了200-1200 K温度区间内标题反应的速率常数kTST/W.计算结果显示,294 K时,该反应速率常数为7.55×10-18cm3molecule-1s-1,与Bernard等对类似反应所测实验值非常接近.生成的Criegee自由基(CH3CHOO和CH3OC(O)C(CH3)OO)可分别与水分子发生α-加成及β-氢迁移反应,其中Criegee自由基与水的α-加成反应较其与水的β-氢迁移反应具有优势.另外与无水分子参与CH3CHOO和CH3OC(O)C(CH3)OO异构化反应相比,水分子的参与使得异构化反应较为容易进行.     

单分子水对CH_2SH+NO_2反应机理影响的理论研究

在B3LYP/6-311++G(2df,p)水平下对单分子水参与下的CH_2SH+NO_2反应的微观机理进行了研究.为了获得更准确的能量信息,采用HL复合方法和CCSD(T)/aug-ccpvtz方法进行单点能校正.结果表明,加入单分子水后的CH_2SH+NO_2反应体系,共经过10条不同的反应路径,得到6种反应产物.与裸反应(CH_2SH+NO_2)相比,水分子在反应中起到了明显的正催化作用.不仅使生成产物trans-HONO的能垒(-52.84kJ·mol~(-1))降低了176.94kJ·mol~(-1),而且不需经过复杂的重排和异构化过程便可得到产物cis-HONO.在生成产物cis-HONO通道(Path3和Path4)中,活化能垒分别为143.65和126.70kJ·mol~(-1),而其裸反应的活化能垒却高达238.34kJ·mol~(-1).生成HNO_2的通道中(Path5和Path6)活化能垒分别为295.23和-42.19kJ·mol~(-1).其中Path6的无势垒过程使HNO_2也成为该反应的主要产物.另外,单分子水还可通过氢迁移的方式直接参与CH_2SH+NO_2的反应,活化能垒(TS7-TS10)分别为-10.62,151.03,186.22和155.10kJ·mol~(-1).除直接抽氢通道中的(Path8-Path10)外,其余反应通道均为放热反应,在热力学上是可行的.     

气相中烯丙基负离子与N2O反应机理

采用二阶微扰理论的MP2/6-31G(d,p)方法对气相中烯丙基负离子与N2O的反应机理进行了理论计算研究, 并在相同基组下进一步用CCSD(T)方法进行了单点能的校正. 计算结果表明, 该反应存在三条反应通道, 产物分别为cis-CH2CHCNN-+H2O, trans-CH2CHCNN-+H2O和CH2CCH-+N2+H2O, 其中生成cis-CH2CHCNN-和trans-CH2CHCNN-的两条通道为相互竞争的主反应通道, 计算结果与实验相吻合. 同时利用传统的过渡态理论, 计算了各反应通道在298 K时, 速控步骤的反应速率常数k(T).     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]     

Hydrothermal synthesis, characterization and thermochemistry of Ca2[B2O4(OH)2]·0.5H2O

A pure calcium borate Ca₂[B₂O₄(OH)₂]·0.5H₂O has been synthesized under hydrothermal condition and characterized by XRD, FT-IR and TG as well as by chemical analysis. The molar enthalpy of solution of Ca₂[B₂O₄(OH)₂]·0.5H₂O in HC1·54.582H₂O was determined. From a combination of this result with measured enthalpies of solution of H₃BO₃ in HC1·54.561H₂O and of CaO in (HCl + H₃BO₃) solution, together with the standard molar enthalpies of formation of CaO(s), H₃BO₃(s) and H₂O(l), the standard molar enthalpy of formation of −(3172.5 ± 2.5) kJ mol⁻¹ of Ca₂[B₂O₄(OH)₂]·0.5H₂O was obtained.     

Synthesis, characterization, and thermochemistry of a new form of 2MgO·3B2O3·17H2O

A new magnesium borate, β-2MgO·3B₂O₃·17H₂O, has been synthesized by the method of phase transformation of double salt and characterized by XRD, IR, and Raman spectroscopy as well as by TG. The structural formula of this compound was Mg[B₃O₃(OH)₅]·6H₂O. The enthalpy of solution of β-2MgO·3B₂O₃·17H₂O in approximately 1 mol dm⁻³ HCl was determined. With the incorporation of the standard molar enthalpies of formation of MgO(s), H₃BO₃(s), and H₂O(l), the standard molar enthalpy of formation of −(10256.39±4.93) kJ mol⁻¹ of β-2MgO·3B₂O₃·17H₂O was obtained. Thermodynamic properties of this compound was also calculated by group contribution method.     

Theoretical study on the (O2-HF) complex

The potential energy surface of the (O₂-HF)⁺ complex has been investigated theoretically. Equilibrium structure has been calculated at the UCCSD/6-311++G(2d,2p) and UCCSD/aug-cc-pVTZ levels of theory. Two stable complexes, T-shape and collinear, have been found on the surface whose interaction energies are calculated to be −12.36 and −10.19 kcal mol⁻¹, respectively, at the UCCSD(T)/aug-cc-pVTZ level after correcting for the basis set superposition error (BSSE). Natural bond orbital (NBO) analysis revealed intermolecular charge transfers occur followed by intramolecular charge rearrangement. A large contribution from the n_F to π* _OO is found.     

致密的5%Al3+掺杂的SnP2O7-SnO2复合陶瓷在中温燃料电池中的应用

首先制备了未掺杂和5%(摩尔分数)Al³⁺掺杂SnO₂的多孔性基片, 然后将基片与85%的H₃PO₄在600℃下反应, 分别得到了致密的未掺杂和5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)测试方法对样品进行了表征, 采用电化学阻抗谱法(EIS)测试了样品在中温(100-250℃)下, 湿润空气和湿润氢气气氛中的电导率. 结果表明, 在湿润空气和湿润氢气中, 5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率均高于未掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率, 且该复合陶瓷样品在湿润空气和湿润氢气中250℃下, 电导率分别达到最大值: 4.30×10^-2和6.25×10^-2 S·cm^-1, 高于至今报道的SnP₂O₇-SnO₂基复合陶瓷及SnP₂O₇基陶瓷在类似条件下的电导率. 以5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品(厚度: 1.45 mm)为电解质, 多孔性铂为电极组装成的氢气/空气燃料电池具有良好的中温电池性能, 175、200、250℃的最大输出功率密度分别为52.0、61.9、82.3 mW·cm^-2. 良好的中温电池性能与该复合陶瓷电解质较高的电导率和致密度及该燃料电池较低的界面极化电阻有关.     

Synthesis and thermochemistry of MgO·3B2O3·3.5H2O

A new magnesium borate MgO·3B₂O₃·3.5H₂O has been synthesized by the method of phase transformation of double salt and characterized by XRD, IR and Raman spectroscopy as well as by TG. The structural formula of this compound was Mg[B₆O₉(OH)₂]·2.5H₂O. The enthalpy of solution of MgO·3B₂O₃·3.5H₂O in approximately 1 mol dm⁻³ HCl was determined. With the incorporation of the standard molar enthalpies of formation of MgO(s), H₃BO₃(s), and H₂O(l), the standard molar enthalpy of formation of −(5595.02±4.85) kJ mol⁻¹ of MgO·3B₂O₃3.5H₂O was obtained. Thermodynamic properties of this compound was also calculated by group contribution method.     

Thermochemistry of NaRb[B4O5(OH)4]·4H2O

The enthalpies of solution of NaRb[B₄O₅(OH)₄]·4H₂O in approximately 1 mol dm⁻³ aqueous hydrochloric acid and of RbCl in aqueous (hydrochloric acid + boric acid + sodium chloride) were determined. From these results and the enthalpy of solution of H₃BO₃ in approximately 1 mol dm⁻³ HCl(aq) and of sodium chloride in aqueous (hydrochloric acid + boric acid), the standard molar enthalpy of formation of −(5128.02 ± 1.94) kJ mol⁻¹ for NaRb[B₄O₅(OH)₄]·4H₂O was obtained from the standard molar enthalpies of formation of NaCl(s), RbCl(s), H₃BO₃(s) and H₂O(l). The standard molar entropy of formation of NaRb[B₄O₅(OH)₄]·4H₂O was calculated from the Gibbs free energy of formation of NaRb[B₄O₅(OH)₄]·4H₂O computed from a group contribution method.     

MnO_2/NiCo_2O_4的静电自组装合成及其电化学性能

通过带负电荷的MnO2纳米片与带正电荷的Co-Ni层状双氢氧化物(LDHs)纳米片的静电自组装外加后续热处理合成了异质层状结构的MnO2/NiCo2O4复合物.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱(AAS)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.用循环伏安(CV)、恒流充放电和电化学交流阻抗技术对其电化学性能进行了测试.研究结果表明,该方法制得的异质复合物具有多孔层状堆垛结构,这种特殊的结构不仅增大了电解液离子的接触面积,而且还为其嵌入-脱出提供了有效途径.该复合物在1 A·g-1电流密度时,-0.6-0.45 V电位窗口内的比电容达482 F·g-1,优于纯组分MnO2和NiCo2O4的电容性能.     

Ab initio quantum chemical studies on the reactions of CF3O2 with OH

The potential energy surface for the CF₃O₂ + OH reaction has been theoretically investigated using the DFT (B3LYP/6-311G(d,p)) level of theory. Both singlet and triplet potential energy surfaces are investigated. The reaction mechanism on the triplet surface is simple. However, the reaction mechanism on the singlet surface is more complicated. It is revealed that the formation of CF₃O + HO₂ is the dominant channel on the triplet surface. The potential energy surface (PES) for this reaction has been given according to the relative energies calculated at the DFT/B3LYP/6-311G(d,p) level. Because this reaction involves both triplet and singlet states, triplet–singlet intersystem crossing (ISC) crossing also have been investigated in this paper.