含能材料中键离解能的密度泛函理论计算

通过计算一个包括臭氧,硝基甲烷以及1,3,5 -三硝基-1,3,5-三氮杂环已烷(RDX)在内的典型系统的键离解能,对由四种交换/相关函数(BLYP,B3LYP,B3PW91和B3P86)加上不同的基函数组合而成的多种密度泛函方法的准确性进行了比较研究.结果表明:B3P86/6-31G**是计算该系统C-NO2,O-O和N-NO2键离解能的最可靠的方法.     

Theoretical Study of the C-Cl Bond Dissociation Enthalpy and Electronic Structure of Substituted Chlorobenzene Compounds

利用密度泛函(DFT)三种交换/相关函数(B3LYP, B3PW91,B3P86)结合6-31G**和6-311G**基组,计算了13个取代氯苯化合物的键离解能. 结果表明B3P86/6-311G**方法是计算取代氯苯化合物键离解能的可信方法,研究发现C-Cl键的键离解能与所使用的基组和计算方法密切相关,取代基对C-Cl键的键离解能的影响不明显. 研究了目标化合物的前线轨道能级差,并对取代氯苯化合物的热稳定性做了评估.     

用扩散蒙特卡罗方法研究BH2, B(OH)2, BCl2和BCl的键离解能

采用扩散蒙特卡罗(DMC)方法计算了BH₂, B(OH)₂, BCl₂和BCl的HB-H和HOB-OH的键离解能, 同时也研究了轨道选择和Backflow变换对DMC计算结果的影响． 在Slater-Jastrow DMC(SJ-DMC)计算方法中,当采用B3PW91轨道时得到的HB-H和HOB-OH键离解能分别是359.1±0.12和98.2±0.12 kJ/mol;用B3LYP SJ-DMC计算键离解能得到了与用B3PW91 SJ-DMC方法类似的结果．通过BF-DMC(即在DMC中引入backflow修正)计算得到的HB?H键离解能为369.6±0.12 kJ/mol,也得到了更加接近实验值的HOB-OH键离解能为446.0±1.84 kJ/mol．由DMC的计算结果可以断定HB?H的键离解能的实验值为375.8 kJ/mol．另外还给出了BCl2和BCl的键离解能的计算结果.     

含alphaC-H键的硝基芳香族炸药分子的C-NO2键离解能研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,取6-31G*基组,对含alpha C-H键的硝基苯类炸药的分子结构和能量,以及C-NO2键离解能等进行计算,讨论了含alpha C-H键的硝基苯类炸药分子中C-NO2键离解能的强弱与其位置的关系。研究表明:alpha C-H键邻位的C-NO2键离解能比对位的C-NO2键离解能弱,邻位中又以受alpha C-H键影响最大的C-NO2键离解能最弱。     

木质素模型化合物热解机理的理论研究

采用密度泛函理论方法 B3LYP/6-31G(d,p),对β-O-4型木质素二聚体模化物的热解反应机理进行了量子化学理论研究.提出了三种可能的热解反应途径:Cβ-O键均裂的后续反应、Cα-Cβ键均裂的后续反应以及协同反应.计算了各热解反应途径的标准动力学参数,分析了各种主要热解产物的形成演化机理.计算结果表明,β-O-4型模化物中Cβ-O的键离解能最低,其次是Cα-Cβ的.Cβ-O键均裂的后续反应和协同反应路径(3)是主要的反应路径,而Cα-Cβ键均裂的后续和协同反应路径(1)和(2)是热解过程中主要的竞争反应路径.     

C-H,C-N,C-O,N-N的键离解能和键长的计算

用B3LYP/6-311G**和CCSD/cc-pVDZ方法对CH4、CH3、CN、CO、N2、CH3NH2、CH3NO2、NH2NO2八个分子中的C-H、C-N、C-O、N-N键离解能进行计算,通过比较研究可知,计算CH3、CH3NH2、CH3NO2分子中的C-H键离解能和CN、CO、N2分子的键离解能用B3LYP/6-311G**方法可靠,而计算CH3-H、CH3-NH2、CH3-NO2和NH2-NO2分子的键离解能用CCSD/cc-pVDZ方法更可信;用以上二种方法对本文的八个分子的平衡几何结构进行优化求出所需的键长,通过比较可知,CH4、CH3、CN、CO、N2分子用B3LYP/6-311G**的方法进行平衡几何优化求得的键长更可靠,而CH3NO2、NH2NO2、CH3NH2分子则用CCSD/cc-pVDZ方法优化出的键长是更可信.     

含硝基烷基的一些CHNO多硝基化合物的C-NO2键离解能计算——应用于撞击感度

用密度泛函方法,在B3LYP/6-31G*水平对五个含硝基烷基的硝基芳香族炸药分子和四个含硝基烷基的苯酸酯炸药分子进行了几何结构全优化、能量和频率计算.并分别对这两类炸药分子苯环上的C-NO2和烷基上的C-NO2键离解能进行了同等水平的计算.结果表明,这两类分子中的最弱键均是烷基上的C-NO2键.进一步分析实验撞击感度与分子中最弱键离解能量的关系.结果表明,最弱键离解能BDE是表征炸药撞击感度的重要指针,但不是唯一指针.除了BDE,炸药的撞击感度可能还受其它因素或反应途径的影响.     

双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛的结构和爆轰性能的量子化学研究

利用B3LYP/6-311+G(2d,p)方法对一种新型含能增塑剂双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛进行几何优化,计算了其红外光谱、生成焓和爆轰特性. 分析了最弱键的键离解能和键级并预测了目标化合物的热稳定性. 结果表明双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛中的四个N-NO₂键的键离解能都为164.38 kJ/mol. 表明目标化合物是一个热力学性能稳定的化合物. 以凝聚相生成焓和分子密度为基础,采用Kamlet-Jacobs方法预测其爆速和爆压. 目标化合物的晶体结构属于P21空间群.     

硝酸丙酯键离解能和热解机理的密度泛函理论研究

 采用B3LYP方法、在6-31G*基组水平上,优化了硝酸丙酯单体的平衡几何构型,计算了分子中各键的离解能。结果表明该分子中最弱的键为O—NO₂键,次弱键为C—O键。同时研究了热解机理,探索性的预测了断裂O—NO₂键及C—O键后的产物,并采用从头算法、半经验方法和密度泛函理论分别计算了硝酸丙酯的生成热,由半经验方法中的PM3得到的数值和实验结果符合较好。     

聚对苯二甲酸丁二醇酯二聚体键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行了计算.为了选取较为精确的方法来计算PBT各个键的键离能,以与PBT具有相同的酯基官能团的乙酸乙酯为模型参照物.采用M062X, B3P86, M06, PBE0, wB97xD方法分别在基组6-31G(d), 6-311G(d), 6-311+G(d, p), 6-311++G(d, p), cc-pVDZ, cc-pVTZ水平下对乙酸乙酯的键离能进行计算.通过对比计算结果与iBonD数据库的乙酸乙酯实验测定值可知,M062X在基组6-311G(d)水平下计算结果与实验值最为接近.因此,本研究采用M062X方法在基组6-311G(d)水平下对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行计算.计算结果表明：在PBT的各键中C-C_arcmatic键的键离能最大,主链上的C-C键离能最小,为370.9 kJ/mol.其次就是C-O键,为404.6 kJ/mol.基于PBT键离能的计算结果,设计了3条PBT二聚体热降解过程可能形成的反应路径,分析了热解产物的形成机理.结果表明PBT二聚体热解过程可...     

基态和单态第一激发态的联氨单分子分解反应的密度泛函研究

本文运用密度泛函B3LYP/6-311+G(3df,2p)方法研究了联氨分子的电子结构和能量,并系统分析了联氨分子的分解反应,计算绘制了单分子联氨在基态和单态第一激发态下沿N-N分解反应的势能曲线。本文计算发现联氨分子在这两种电子态下的离解能分别是：基态58.8 kcal/mol,单态第一激发态495.5 kcal/mol。基态分子分解反应是吸热反应,而单态第一激发态分解反应是放热反应。计算发现单态第一激发态的激发能是554.2 kcal/mol。结合这两种电子态下联氨分子的红外振动频率分析,本文认为,在非强制断键的情况下,联氨分子沿N-N键均裂而生成两个NH2自由基的可能性很小。     

基态和单态第一激发态的联氨单分子分解反应的密度泛函研究

本文运用密度泛函B3LYP/6-311+G(3df,2p)方法研究了联氨分子的电子结构和能量,并系统分析了联氨分子的分解反应,计算绘制了单分子联氨在基态和单态第一激发态下沿N-N分解反应的势能曲线。本文计算发现联氨分子在这两种电子态下的离解能分别是：基态58.8 kcal/mol,单态第一激发态495.5 kcal/mol。基态分子分解反应是吸热反应,而单态第一激发态分解反应是放热反应。计算发现单态第一激发态的激发能是554.2 kcal/mol。结合这两种电子态下联氨分子的红外振动频率分析,本文认为,在非强制断键的情况下,联氨分子沿N-N键均裂而生成两个NH2自由基的可能性很小。     

冲击作用下黑索金（RDX）热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在冲击作用下的分解机理, 研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子, 然后发生比N-N键断裂更为强烈的C-N键断裂反应形成N2, CO和CO2分子; 在恒定温度(如300K)下,冲击速度增大对加快反应影响不大, 说明高温热点的形成对起爆的重要性.     

冲击作用下黑索金(RDX)热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在冲击作用下的分解机理,研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子,然后发生比N-N键断裂更为强烈的C-N键断裂反应形成N2,CO和CO2分子;在恒定温度(如300K)下,冲击速度增大对加快反应影响不大,说明高温热点的形成对起爆的重要性.     

高温下黑索金（RDX）热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在纯高温下的分解机理, 研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子, 然后发生H原子转移反应形成H2O, HONO, HO和NO分子; 通过对RDX热分解反应物和生成物的研究结果表明N2和H2O分子是RDX分解过程中最稳定的生成物, NO2, HNO3, NO, NO3和HONO分子为RDX热分解过程中的中间产物; 在高温4500K, CO, CO2和OH分子出现的频率逐渐提高, 表明这几种分子在高温下更容易形成.     

高温下黑索金（RDX）热分解动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了黑索金(RDX)在纯高温下的分解机理, 研究结果表明RDX初始分解机理主要为N-N键的断裂形成NO2分子, 然后发生H原子转移反应形成H2O, HONO, HO和NO分子; 通过对RDX热分解反应物和生成物的研究结果表明N2和H2O分子是RDX分解过程中最稳定的生成物, NO2, HNO3, NO, NO3和HONO分子为RDX热分解过程中的中间产物; 在高温4500K, CO, CO2和OH分子出现的频率逐渐提高, 表明这几种分子在高温下更容易形成.     

On analytic potential functions and molecular dynamics for reactions on metal surfaces

We present a method that allows one to obtain reaction energy profiles for dissociation/recombination reactions on metal surfaces. Our method is related to the bond order conservation-Morse potential method of Shustorovich but with the differences that we employ dynamic Morse potentials and our modified bond order conservation law. Our method approximates the energy curves along the reaction coordinates and is applicable to all manner of dissociations (not just symmetric dissociations). We compare the results of our method with ab initio energy curves in the literature, experimental results and the results of the BOC-MP model of Shustorovich. Our model is able to produce reasonable representations of the reaction energy profiles for the decomposition of methane thiol and SH on gold, and, it produces energy profiles that agree with ab initio calculations and the model of Shustorovich. We also present a molecular dynamics simulation of the dissociation of H₂ on Ni(111), employing this method for obtaining reactive potential energy functions, and, demonstrate that the reciprocals of the computed reaction times obey Arrhenius kinetics.