硫酸催化乙二醛气体相水化反应机理和速率常数理论计算研究

采用M06-2X和CCSD(T)高阶量化计算和传统过渡态理论研究硫酸催化乙二醛气体相水化反应.对HCOCHO+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O...H₂SO₄和HCOCHO+H₂O+H₂SO₄五个路径的反应机理和速率常数进行了研究.计算结果表明硫酸具有较强的催化能力,能显著减小乙二醛水化反应的能垒,在CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-311++G(3df,3pd)理论水平,当硫酸分子参与乙二醛水化反应时,反应能垒从37.15 kcal/mol减少至7.08 kcal/mol.在室温条件下,硫酸催化乙二醛水化反应的反应速率1.34×10^-11 cm³/(molecule.s),是等量水分子参与乙二醛水化反应的速率的10¹²倍,大于乙二醛与OH自由基反应的反应速率1.10×10^-11 cm³/(molecule.s).这表明大气条件下,硫酸催化乙二醛水化反应可以发生,同乙二醛与OH自由基反应相竞争.     

羟基自由基与乙烯反应的化学动力学模拟

使用电子结构理论计算和直接动力学模拟对羟基自由基与乙烯反应体系进行了理论研究．在高水平的CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//MP2/aug-cc-pVDZ上获得了包括羟基加成和氢抽取在内的多种反应通道的准确势能面信息,并在此基础上对OH+C₂H₄发展了一套准确性较高的MSINDO半经验哈密顿参数．特定反应参数哈密顿(SRP-MSINDO)能准确的再现高水平从头算结果．在2～10 kcal/mol的碰撞能应用SRP-MSINDO对OH+C₂H₄反应进行了直接准经典轨线模拟,获得的反应截面表明羟基加成反应为主导地位．另外,激发函数的模拟结果表明羟基加成是一个无势垒的捕获过程,而氢抽取则对应活化过程,这与两条反应通道的过渡态能量紧密相关．研究发现对OH+C₂H₄发展准确的半经验哈密顿需要考虑弥散矫正,这对准确描述分子间的长程吸引尤为重要     

全维高精度势能面上F+CH3OH反应的产物振动态分布

甲醇与氟原子之间的抽氢反应可以生成HF和CH₃O、CH₂OH自由基等产物. 该反应在环境化学、燃烧化学、辐射化学和星际化学中都非常重要. 基于之前构建的全维高精度势能面,本文采用准经典轨线方法研究了该典型反应的动力学. 特别是使用正则模式分析方法确定了多原子产物CH₃O和CH₂OH的振动态分布. 研究发现,当反应物处于振转基态时,CH₃O和CH₂OH主要分布在基态. 当反应物CH₃OH的OH伸缩模式激发为第一激发态时,产物CH₂OH的OH伸缩模式、扭转模式、H₂CO 面外弯曲模式及其组合会被有效激发. 在两条通道中,可用能量大部分都流入HF的振动能和产物的平动能,而自由基产物CH₃O或CH₂OH只得到非常少的能量,与实验结果一致,这也表明了自由基的旁观者性质.     

O-与CH3CN反应机理的密度泛函理论研究

采用G3MP2B3方法研究了氧负离子与乙腈反应的势能剖面.在(U)B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平下分别优化了该反应势能面上反应物、产物、中间体和过渡态的分子结构,采用G3MP2B3方法校正了这些关键点的能量. 势能面上的各个反应路径均通过针对过渡态的內禀反应坐标理论计算加以确定. 分别考察了四个可能的热力学产物通道,即质子转移、氢原子转移、H₂⁺转移和双分子亲核取代反应途径. 其中,经H₂⁺转移生成H₂O的反应通道为该反应的主要产物通道.     

氧化石墨烯负载的Pt单原子催化硼胺烷水解机理的理论研究

本文研究了氧化石墨烯负载Pt单原子(Pt₁/Gr-O)催化硼胺烷(NH₃BH₃)全水解反应机理,即一分子的NH₃BH₃生成三分子的氢气(H₂)的过程. 在水解路径中,首先吸附的硼胺烷连续断裂两个B-H键生成第一分子的H₂. 接着,一个H₂O分子与^*BHNH₃基团(^*表示吸附态)反应生成^*BH(H₂O)NH₃,其中伸长的O-H键断裂后形成^*BH(OH)NH₃. 然后,第二个H₂O与^*BH(OH)NH₃反应生成^*BH(OH)(H₂O)NH₃,在指向Pt₁/Gr-O表面的O-H断裂后,生成BH(OH)₂NH₃并脱附到水溶液中. 两个水分子脱氢产生的两个H原子脱附生成第二个H₂分子,且Pt₁/Gr-O催化剂恢复. 脱附后的BH(OH)₂NH₃在水溶液中水解生成第三个H₂分子. 纵观整个水解反应,H₂O分子和^*BHNH₃基团的结合是反应速控步,其反应能垒是16.1 kcal/mol. 因此,Pt₁/Gr-O有希望成为室温催化NH₃BH₃全水解催化剂.     

基质隔离红外光谱结合理论计算研究第五族金属原子和硫化氢反应

利用基质隔离红外光谱结合理论计算,研究了激光溅射获得的第五族金属原子和硫化氢分子的反应. 结果表明金属原子插入H₂S的H-S化学键形成HMSH分子(M=V,Nb,Ta). 对Nb和Ta该HMSH分子重排为H₂MS分子. HMSH分子和H₂S进一步反应生成H₂M(SH)₂分子. 通过D₂S和H₂³⁴S同位素标定确定了产物的分子结构,同时我们用DFT(B3LYP和BPW91)理论计算预测了产物分子的能量、结构和振动频率. 通过DFT IRC计算研究了第五族金属原子和₂S分子的反应机理. HVSH分子通过光照解离为VS和H₂,然后通过退火可以发生VS和H₂复合反应. 计算表明HVSH释放H₂需要16.9 kcal/mol的活化能及吸热13.5 kcal/mol.     

对典型多通道反应H+CH3OH的模式特异动力学研究

H+CH₃OH作为典型的多通道反应,在燃烧和星际中起着重要的作用. 本文基于在UCCSD(T)-F12a/AVTZ水平上计算的大量数据点,构建了该体系的全维精确势能面,并基于该势能面,研究了不同产物通道的模式特异动力学. 结果表明,O-H 伸缩、沿C-O轴的扭转以及C$-$H伸缩等模式的振动激发对H₂+CH₃O、H₂+CH₂OH、H₂O+CH₃和H+CH₃OH四个产物通道有着不同的影响. 该研究有助于理解具有多个产物通道的复杂反应的模式特异动力学,进而帮助控制其竞争反应.     

OH+C2H3F的反应机理及产物支化比反应的理论研究

本文对HOC₂H₃F可能解离通道的势能面进行从头算CCSD(T)/CBS//B3LYP/6-311G(d，p)计算，同时对速率常数进行Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus计算. 生成主要产物CH₂CHO+HF最有利的反应途径是OHC₂H₃F→i2→TS14→i6→TS9→i3→TS3→CH₂CHO+HF，其中速率决定步骤是HF通过TS11从CO桥接位置解离，能量比反应物高3.8 kcal/mol. 借助中间态TS14，F原子从C_α迁移到C_β位置生成CH₂O+CH₂F，然后通过中间态TS16，H从O迁移到C_α位置；通过中间态TS5，C-C键断裂生成产物，其能量比反应物低1.8 kcal/mol，比TS11低4.0 kcal/mol.     

Theoretical Study of Interaction Between S2 and SiHx (x=1, 2, 3) in Porous Silicon

用密度泛函B3LYP/lanl2dz方法研究了S₂分子与多孔硅中SiH_x (x=1, 2, 3)的相互作用, 构建了表面掺杂有CH₃,Si-O-Si和OH结构的多孔硅模型. 当S₂分子处于模型不同位置时,通过分析结合能和电子迁移发现S₂分子与SiH_x (x=1, 2, 3)的相互作用强于S₂分子与CH₃和OH的相互作用. 利用过渡态理论研究了Si₂H₆+S2→H₃SiH₂SiS+HS反应,得到反应势垒为50.2 kJ/mol.     

正庚烷热裂解的反应分子动力学模拟

研究表明正庚烷热裂解的主产物是C₂H₄, H₂, CH₄以及C₃H₆,模拟结果和实验吻合很好. 温度对产物分布具有明显的影响,当温度上升,目标产物乙烯的量会迅速增加. 正庚烷转化率以及主产物的摩尔分数分别通过反应分子动力学和化学动力学模拟计算得到,两种方法模拟结果相吻合. 我们还通过动力学分析研究了正庚烷热裂解反应的动力学参数,反应活化能为47.32 kcal/mol,指前因子为1.78×10¹⁴ s^-1.     

Theoretical study on the mechanism and kinetics of atmospheric reactions NH2OH + OOH and NH2CH3 + OOH

Mechanism and kinetics of NH₂OH + OOH and NH₂CH₃ + OOH reactions were studied at the B3LYP and M062X levels of theory using the 6-311++G(3df, 3pd) basis set. The NH₂OH + OOH and NH₂CH₃ + OOH reactions proceed through different paths which lead to different products. Transition state structure and activation energy of each path were calculated. The calculated activation energies of hydrogen abstraction reactions were smaller than 25 kcal/mol and of substitution reactions are in the range of 50–70 kcal/mol. The rate constants were calculated using transition state theory (TST) modified for tunneling effect at 273–2000 K.     

DFT study on the mechanism of trimolecular radical reactions: isomerisation in small clusters

ABSTRACT

Structural and thermodynamic properties of 48 trimolecular clusters containing one radicl and two protic molecules (H₂O, NH₃, H₂O₂, CH₃OH, HOCl) were studied at B3LYP/6-311++G(3df,3pd) level of theory. These radical-clusters have non-cyclic structures and are stabilised via two inter-molecular hydrogen bonding interactions. The calculated enthalpies of formation of the radical-clusters were generally in the range of ?30 to ?50 kJ/mol. The calculated activation energies (E_a) of the intra-cluster hydrogen transfers were smaller than 70 kJ/mol. Also, structures and thermodynamics of 15 cyclic molecular clusters as well as multi-hydrogen transfers in them were investigated. The results showed that the stability of the cyclic clusters and activation energies of the multi-hydrogen transfers depend on the cluster size.     

Gaussian对小分子自由基OH的研究

本文探讨了Gaussian98在小分子自由基OH的光谱计算领域中的应用.本文采用密度泛函方法B3PW91以及最大的基组6-311 G(3df,3pd)计算了OH的基态X2Πi的势能曲线,进而带入核的薛定谔方程,得到了振动能级和转动常数,将他们分别与基于实验的RKR势能曲线、振动能级和转动常数进行了比较,得到很好的结果.另外本文采用了完全活性空间方法,对激发态A2Σ 进行了研究,计算了绝热激发能以及平衡常数,平衡位置与实验值符合得很好,绝热激发能的误差为0.52eV.计算得到的激发态的势能曲线与基于实验的RKR势非常一致.     

MgH分子X2Σ+，A2Π和B2Σ+电子态的势能函数

利用QCISD(T),SAC-CI方法和cc-pVQZ,aug-cc-pVTZ,6-311++G及6-311++G(3df,2pd)基组,对MgH分子的基态X²Σ⁺,第一简并激发态A²Π和第二激发态B²Σ⁺的结构进行优化计算.通过对4个基组计算结果进行比较,得出6-311++G(3df,2pd)基组为最优基组.使用 关键词： 分子结构与势能函数 激发态 Murrell-Sorbie函数 C₆函数')" href="#">Murrell-Sorbie+C₆函数     

Accurate Analytic Potential Energy Function and Spectroscopic Study for G^1Ⅱg State of Dimer ^7Li2

The reasonable dissociation limit for the G^1Ⅱg, state of dimer ^7Li2 is determined. The equilibrium internuclear distance, dissociation energy, harmonic frequency, vibrational zero energy, and adiabatic excitation energy are calculated using a symmetry-adapted-cluster configuration-interactlon method in complete active space in Gaussian03 program package at such numerous basis sets as 6-311 ＋＋G, 6-311 ＋＋G（2df,2pd）, 6-311 ＋＋G（2df, p）, cc-PVTZ, 6- 311＋＋G（3df,3pd）, CEP-121G, 6-311＋＋G（2df, pd）, 6-311＋＋G（d,p）,6-311G（3df,3pd）, D95（3df,3pd）, 6-311＋＋G（3df,2p）, 6-311＋＋G（2df）, 6-311＋＋G（df, pd） D95V＋＋, and DGDZVP. The complete potential energy curves are obtained at these sets over a wide internuclear distance range and have least squares fitted to Murrell-Sorbie function. The conclnsion shows that the basis set 6-311＋＋G（2df, p） is a most suitable one for the G^1Ⅱg state. At this basis set, the calculated spectroscopic constants Te, De, Eo, Re, ωe, ωeXe, ae, and Be are of 3.9523 eV, 0.813 06 eV, 113.56 cm^-1, 0.320 15 nm, 227.96 cm^-1, 1.6928 cm^-1, 0.004 436 cm^-1, and 0.4689 cm^-1, respectively, which are in good agreement with measurements whenever available. The total 50 vibrational levels and corresponding inertial rotation constants are for the first time calculated and compared with available RKR data. And good agreement with measurements is obtained.     

SH（D）和OH（D）自由基基态的结构与势能函数

采用QCISD（T）/ 6-311++G（3df,2pd） 和QCISD/6-311++G（3df,2pd）方法计算优化了SH（D）和OH（D）自由基分子基态X²Π的分子结构和离解能.并采用最小二乘法拟合Murrell-Sorbie 函数得到了相应的势能函数,由此计算的振转常数与实验光谱数据符合得相当好. 关键词： SH和OH自由基分子 X²Π）')" href="#">基态（X²Π） Murrell - Sorbie函数 势能函数     

Ab initio calculations on the α^3∑u^＋ state properties of dimer ^7Li2

The comparison between single-point energy scanning （SPES） and geometry optimization （OPT） in determining the equilibrium geometry of the α^3∑u^＋ state for ^7Li2 is made at numerous basis sets such as 6-311＋＋G（2df）, cc-PVTZ, 6-311＋＋G（2df, p）, 6-311G（3df,3pd）, 6-311＋＋G（2df,2pd）, D95（3df,3pd）, 6-311＋＋G, DGDZVP, 6-311＋＋G（3df,2pd）, 6-311G（2df,2pd）, D95V＋＋, CEP-121G, 6-311＋＋G（d,p）, 6-311＋＋G（2df, pd） and 6-311＋＋G（3df,3pd） in full active space using a symmetry-adapted-cluster/ symmetry-adapted-cluster configuration-interaction （SAC/SAC=CI） method presented in Gaussian03 program package. The difference of the equilibrium geometries obtained by SPES and by OPT is reported. Analyses show that the results obtained by SPES are more reasonable than those obtained by OPT. We have calculated the complete potential energy curves at those sets over a wide internuclear distance range from about 3.0α0 to 37.0α0, and the conclusion is that the basis set cc-PVTZ is the most suitable one. With the potential obtained at ccopVTZ, the spectroscopic data （Te, De, D0, ωe,ωeХe, αe and Be） are computed and they are 1.006 eV, 338.71 cm^-1, 307.12 cm^-1, 64.88 cm^-1, 3.41 cm^-1, 0.0187 cm^-1 and 0.279 cm^-1, respectively, which are in good agreement with recent measurements. The total 11 vibrational states are found at J=0. Their corresponding vibrational levels and classical turning points are computed and compared with available RKR data, and good agreement is found. One inertial rotation constant （By） and six centrifugal distortion constants （Dr Hv, Lv, My, Nv, and Ov） are calculated. The scattering length is calculated to be -27.138α0, which is in good accord with the experimental data.     

OH分子基态和第一激发态的势能函数

采用多参考组态作用(MRCI)方法和aug-cc-pVTZ,aug-cc-pVQZ,cc-pV5Z,6-311++g(d,p)和6-311++g(3df,3pd)几个不同基组对OH分子的基态(X²Π)和第一激发态(A²Σ⁺)的势能曲线进行计算.选用Murrell-Sorbie势能函数对曲线进行拟合,利用拟合的参数值计算出力常数和光谱数据.结果表明计算值与实验值吻合较好.     

水辅助下的OH自由基与CH3OOH气相反应机理的理论研究

利用量子化学计算方法对单个水分子不存在与存在的情况下OH自由基与CH3OOH的气相氢抽取反应进行了理论研究。在BHandHLYP/6-311++G(2df,2pd)理论水平下优化了所有驻点的几何构型,在此基础上利用CCSD(T)/cc-pVTZ方法对所有驻点的单点能重新进行了计算。计算结果表明,OH自由基与CH3OOH反应的主要通道是OH自由基抽取CH3OOH中的-OH基团上的H原子。在单个水分子存在的情况下,反应的主要通道没有改变,但是水化过渡态的能量显著地降低,显然单个水分子对OH+CH3OOH反应具有催化效应。