冠醚对废旧锂离子电池浸出液中Li+选择性密度泛函理论研究

本文基于密度泛函理论研究了在水溶液中不同结构冠醚对Li~+的选择性.通过对几何结构、结合能和热力学的计算,发现15-冠-5(15C5)对Li~+的选择性强于12-冠-4(12C4)和18-冠-6(18C6).苯并15-冠-5(B15C5)与Li~+的结合能小于15C5,但在溶液巾结合Li~+时具有更低的自山能.研究了B15C5和Li、Co、Ni水合离子之间的交换反应,表明B15C5与水合锂离子之间的反应占据优势.上述结果表明采用B15C5从废旧钾离子电池浸出液中回收锂具有一定的可行性.     

苯并18-冠-6配合物[K(B18-C-6)]SCN的合成与结构分析

苯并 18 -冠 - 6 (B18- C- 6 )与 K2 [Cd(SCN) 4 ]反应 ,得到了 [K(B18- C- 6 ) ]SCN配合物。通过元素分析、红外光谱、单晶 X射线衍射进行了结构分析。该配合物为单斜晶系 ,空间群 P2 (1) / c,晶体学数据 :a=0 .996 0(3) nm,b=2 .5 0 97(7) nm,c=0 .8374 (2 ) nm,β=10 6 .5 19(5 )°,V=2 .0 0 6 7(10 ) nm3 ,Z=4 ,F(0 0 0 ) =86 4,R1=0 .0 4 2 9,w R2 =0 .0 5 75。结构分析表明 ,该配合物由一个 [K(B18- C- 6 ) ]配阳离子和一个 SCN阴离子组成 ,配合物的两个分子通过 K+ - π相互作用形成一维链状结构     

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.     

ClF3O和环氧丙烷反应的理论研究

应用密度泛函理论对 ClF3 O 和环氧丙烷的反应机理进行了研究。在 B3PW91/6-31++G(d ,p )水平上优化了各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,并计算了它们的振动频率和零点振动能。采用 CCSD(T)/6-31++G(d ,p )//B3PW91/6-3l++G(d ,p )单点能计算方法求得各物质的能量,并做零点能校正。计算结果表明,ClF3 O 与 C3 H 6 O 可经过不同的反应路径,引发 C3 H 5 O 自由基和 ClOF2自由基生成环氧丙醇和三氟化氯,其中,位于 ClF3 O 周向位置的 F 原子与 C3 H 6 O 的 C(7)上与 CH 3异侧的 H(9)原子结合的活化能最低,仅15.63 kJ/mo1;ClF3 O 与 C3 H 6 O 反应生成的 C3 H 5 O 自由基和 ClOF2自由基继续反应,经过不同反应路径生成 C3 H 4 O、ClOF 和 HF,其中,ClOF2中的 F 原子和 C3 H 5 O 中的 H(2)或 H(4)原子结合是无能垒的过程。整个反应的主要路径为 C3 H 6 O+ClF3→O→TS12 P4(C3 H 5 O+HF+ClOF2→) P12(CH 2 CHCHO+2 HF+ClOF)。     

ClONO2异构化反应和分解反应的理论研究

用B3LYP/6 31+G(d)和MP2 (Full) /6 31+G(d)优化ClONO2 及其分解反应和异构化反应的过渡态和产物的分子结构 .在B3LYP/6 31+G(d)水平上计算了相关分子的振动频率 .ClONO2 的几何结构、振动频率和红外强度与实验测量值符合得很好 .找到了未曾报道的立体异构体 .对这一立体异构体进行了高级别理论方法CCSD(T) /6 311G(d)和QCISD(T) /6 311G(d)的几何结构优化和振动频率计算 ,表明它是一个稳定的立体异构体 .在所研究的几种反应中 ,ClONO2 分解为NO2 +ClO是最容易进行的反应 .而ClONO2 异构为立体异构体的反应是最难进行的反应 .其所需克服的过渡态的能垒为 4 81.5 2kJ/mol,而反应吸收能量为 2 99.85kJ/mol.次难进行的是ClONO2 经TS1到反应中间体M1,再经TS12而分解为ClNO +O2 的反应 .这个反应通道所需克服过渡态的能垒为 4 2 1.5 5kJ/mol,反应吸收能量为 15 7.98kJ/mol.从以上分析可知 ,和ClO +NO2 反应生成ClONO2 比较 ,ClONO2 具有较好的稳定性 .     

[Na(15-C-5)]2[Pd(SCN)4]配合物的合成与结构分析

研究了15-冠-5(15-C-5)与Na2[Pd(SCN)4]的反应,得到的配合物[Na(15-C-5)]2[Pd(SCN)4]通过元素分析、红外光谱、单晶X射线衍射进行了结构分析.该配合物为单斜晶系,空间群C2/c,晶体学数据: a=1.3525(6)nm,b=1.3729(6)nm,c=2.0312(9)nm,β=102.985(6)°,V=3.675(3)nm3,Z=4,F(000)=1696,R1=0.0288,wR2=0.0457.结构分析表明,该配合物由两个[Na(15-C-5)]+配阳离子和一个[Pd(SCN)4]2-配阴离子组成,二者通过Na-N相互作用形成二维网状结构.     

ClF_3O和环氧丙烷反应的理论研究（英文）

应用密度泛函理论对ClF3O和环氧丙烷的反应机理进行了研究。在B3PW91/6-31++G(d,p)水平上优化了各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,并计算了它们的振动频率和零点振动能。采用CCSD(T)/6-31++G(d,p)//B3PW91/6-3l++G(d,p)单点能计算方法求得各物质的能量,并做零点能校正。计算结果表明,ClF3O与C3H6O可经过不同的反应路径,引发C3H5O自由基和ClOF2自由基生成环氧丙醇和三氟化氯,其中,位于ClF3O周向位置的F原子与C3H6O的C(7)上与CH3异侧的H(9)原子结合的活化能最低,仅15.63kJ/mo1;ClF3O与C3H6O反应生成的C3H5O自由基和ClOF2自由基继续反应,经过不同反应路径生成C3H4O、ClOF和HF,其中,ClOF2中的F原子和C3H5O中的H(2)或H(4)原子结合是无能垒的过程。整个反应的主要路径为C3H6O+ClF3O→TS12→P4(C3H5O+HF+ClOF2)→P12(CH2CHCHO+2HF+ClOF)。     

SimCn(m+n≤7)团簇的密度泛函研究

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对SimCn(m+n≤7)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的平均结合能(Eb),二阶能量差分(Δ2E)和能隙(Eg)等进行了理论研究. 结果表明,随着原子个数的增加,SiC二元团簇的结构由线性转变为平面,再转变为三维立体结构,原子数小于5时,除Si5和Si4C外其他所有的团簇都是平面结构;随着C原子增加,SimCn(m+n≤7)团簇的平均单点能不断增加,说明富C簇要比富Si稳定,对Sin团簇掺杂C原子可以提高团簇的稳定性;Cn,SiCn和Si2Cn团簇表现出明显的"奇-偶"振荡和"幻数"效应,Si2C,Si3C, Si5C,SiC2,Si3C2,Si4C2和SiC4团簇比其他团簇更稳定.     

B_nY(n=1—11)团簇的结构和电子性质

利用密度泛函理论TPSSh方法对B采用6-311+G(d),对Y采用Lanl2dz相对论有效势基组,研究了BnY(n=1—11)团簇的平均结合能、二阶能量差分、最高分子占据轨道和最低空轨道之间的能级间隙、极化率和第一静态超极化率等物理化学性质.结果表明,随着尺寸的增大,BnY(n=1—11)团簇的最低能量结构从平面逐步演变为立体结构.随硼原子数n的增加,团簇的平均结合能表明了较好的热力学稳定性,有利于Y掺杂B团簇形成较大的块体材料.二阶能量差分表明基态B3Y,B5Y和B7Y团簇较相邻团簇稳定.能隙表明了基态B3Y,B5Y,B7Y和B9Y的化学稳定性较高.综合说明BnY(n=1—11)硼团簇中,基态B3Y,B5Y和B7Y具有较好的稳定性.极化率表明基态BnY团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,第一静态超极化率表明基态B5Y,B4Y,B3Y和B6Y平面结构的团簇具有明显的非线性光学性质,为寻找性能优异的非线性光学材料提供了一定的参考.     

一些四齿型冠硫醚和配合物的红外光谱

四齿型冠硫醚及其配合物的红外光谱尚未见文献作系统的报道。我们研究了1,4,8,11-14-冠硫醚-4(TTP)、苯并-1,4,9,12-14-冠硫醚-4(TTX)、1,4,8,11-四硫杂间环(艹反))tetrathiameta cyclophane,TTmX)、1,4,7,10-13-冠硫醚-4(TTE)、1,5-苯并-9-冠硫醚-2(BDT)、1,5;10,14-二苯并-18-冠硫醚-4(DBTT)以及TTmX与Ru、Rh、Pd、Pt氯化物的配合物的红外光谱。工作内容及试验结果如下: 1.对上述冠硫醚及络合物的红外光谱初步作了归属。对属于C_2h点群的TTP进行了正则振动分析,用群论方法求出其振动光谱基频选律为: Г=26Ag+22Bg+23Au+25Bu 振动光谱共有96种正则振动方式,其中拉曼光谱和红外光谱各为48条。键伸缩和弯曲振动分布可表示为: Г伸缩=10Ag+7Bg+8Au+9Bu Г弯曲=16Ag+15Bg+15Au+16Bu 2.虽然前述几种四齿型冠硫醚的结构不同,但它们的红外光谱却十分相似,CH_2、苯环和C—S—C等基团振动的特征非常明显。这些冠硫醚的对称和非对称振动应分别在690cm~(-1)及730cm~(-1)附近。在冠硫醚中有苯环取代时,它们稍稍向高波数,导致同—CH_2CH_2—骨骼振动和苯环的C—H面外变形振动相重叠。     

5-氟尿嘧啶与一氧化碳复合物的结构与性质

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平上对5-氟尿嘧啶(5-FU)与CO形成的复合物体系进行了理论计算. 计算共获得了稳定的5-FU异构体12个,双酮式结构5-FU0为其最稳定的构型. 优化获得了稳定复合物44个,其结合方式是CO中的C或O原子与5-FU 的H8或H12键形成氢键;CO分子的C 与5-FU结合具有更大的优势,形成复合物的结合能大,更稳定. 研究还发现,复合物的稳定性与其单体稳定性和C13对氢键相邻单键的二阶稳定化能有关,5-FU0-A为最稳定复合物.     

5-氟尿嘧啶与一氧化碳复合物的结构与性质

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平上对5-氟尿嘧啶(5-FU)与CO形成的复合物体系进行了理论计算. 计算共获得了稳定的5-FU异构体12个,双酮式结构5-FU0为其最稳定的构型. 优化获得了稳定复合物44个,其结合方式是CO中的C或O原子与5-FU 的H8或H12键形成氢键;CO分子的C 与5-FU结合具有更大的优势,形成复合物的结合能大,更稳定. 研究还发现,复合物的稳定性与其单体稳定性和C13对氢键相邻单键的二阶稳定化能有关,5-FU0-A为最稳定复合物.     

CO…CO+ 体系相互作用的密度泛函理论研究

在三种密度泛函方法 (B3LYP、B3P86及B3PW91)和两种适宜基组 (6 311+G 及aug cc PVDZ)水平上 ,对CO…CO+ 耦合体系可能存在的相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化 ,发现势能面上存在三个能量极小点 ,进而作了振动频率分析加以确认 .其中结构A、B为共平面型结构 ,C为非共面型结构 .比较了它们之间的相对稳定性 ,并对其进行了轨道成键分析 ,计算了各原子之间的键级 ,同时探讨了最稳定结构A的正则振动模式 .通过消除基函数引起的基组叠加误差 (BSSE)和零点振动能 (ZPVE)的校正 ,精确求算出复合物结构A、B和C的相互作用能△E分别为 2 5 2 .47、12 6 .70和 12 7.12kJ/mol,表明CO和CO+ 之间存在较强的相互作用 .     

Na3B3Hn团簇的结构与电子特性

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d)基组水平上对Na3B3Hn团簇各种可能的构型进行几何优化,预测了各团簇的最稳定结构:并对最稳定结构的平均结合能(Eb),二阶能量差分(Δ2E)和能隙(Eg)等进行了理论研究.结果表明:随着氢原子数的增加,Na3B3Hn团簇的结构由平面转变为复杂的三维立体结构;Na3B3Hn团簇的平均结合能、二阶差分能和能隙等均表现出明显的“奇-偶”振荡和“幻数”效应;Na3B3H8,Na3B3H12,Na3B3H18和Na3B3H20团簇稳定性大于Na3B3Hn中的其他团簇,为Na3B3Hn团簇中最稳定的几种团簇.     

苯并15冠5钯配合物:[K(B15C5)_2]_2[Pd(SCN)_4]的合成与结构研究

合成了苯并 15冠 5与钯生成的配合物 :[K( B15C5) 2 ]2 [Pd( SCN) 4],并通过元素分析、红外光谱及 X射线单晶结构分析进行了表征。配合物为单斜晶系、空间群 P2 1/ n。晶体学数据 :a=1.2 0 4 30 ( 7) ,b=1.932 99( 10 ) ,c=1.56680 ( 9) nm,β=10 8.1190 ( 10 )°,V=3.4 665( 3) nm3,Z=2 ,F( 0 0 0 ) =142 4 ,R1=0 .0 50 0 ,w R2 =0 .1549。配合物由两个 [K( B15C5) ]+2 配阳离子和一个 [Pd( SCN) 4]2 -配阴离子组成。四个硫氰酸根的硫原子与钯原子配位 ,[Pd( SCN) 4]2 -为平面方形构型。 K+与 2个冠醚环的 10个氧原子成键而形成夹心型结构。两个苯并 15冠 5的苯环相对钾原子呈反式排列     

吡啶-水团簇(C_5H_5N)_n(H_2O)_m(n=1～2,m=1～4)结构和红外光谱的理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对吡啶-水团簇(C5H5N)n(H2O)m(n=1~2,m=1~4)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;计算结果显示,在吡啶和水的二聚体中,稳定构型只有一种,没有发现通过π氢键(O—H…π)作用形成的团簇结构。为了研究各团簇结构的稳定性,在相同的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,对于团簇(C5H5N)n(H2O)4(n=1~2),团簇中的水分子形成四元环的结构要比形成三元环的结构稳定。对团簇的最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙分析发现,团簇C5H5N(H2O)4的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构;最后,分析讨论了吡啶-水团簇的红外振动光谱,对较强的谱峰进行了指认。     

冠醚过渡金属络合物的振动光谱

以三种冠醚为配体制备了一系列过渡金属(Cr、Fe、Mn、Co、Ni、Cu)的硝酸盐、氯化物的络合物并考察了它们的红外及拉曼光谱。结果表明,络合物形成后,v_(c-o-c)、σ_(CH2)、-环弯曲和“环呼吸”振动的变化很有规律,并可作为络合物形成的判据。18-冠-6的络合物具有与含水稀土冠醚络合物相似的结构;12-冠-4、15-冠-5的络合物则有与碱金属冠醚络合物相近的结构。而且三种氯化钴的络合物中存在[Co~(2+)-冠醚]CoCl_4~(2-)的结构。     

Na3B3Hn团簇的结构与电子特性

使用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d)基组水平上对Na3B3Hn团簇各种可能的构型进行几何优化，预测了各团簇的最稳定结构: 并对最稳定结构的平均结合能(Eb)，二阶能量差分(Δ2E)和能隙(Eg)等进行了理论研究。结果表明: 随着氢原子数的增加, Na3B3Hn团簇的结构由平面转变为复杂的三维立体结构; Na3B3Hn团簇的平均结合能、二阶差分能和能隙等均表现出明显的“奇-偶”振荡和“幻数”效应; Na3B3H8, Na3B3H12, Na3B3H18和Na3B3H20团簇稳定性大于Na3B3Hn中的其他团簇, 为Na3B3Hn团簇中最稳定的几种团簇。     

普适的基于能量的分块方法计算甲烷水合物簇的精确结合能和拉曼光谱

甲烷水合物在化学、能源和环境科学等领域中都具有重要作用. 本文采用普适的基于能量的分块(GEBF)方法计算了多种甲烷水合簇的结合能和拉曼光谱. 首先使用这些甲烷水合簇的在显相关耦合簇[CCSD(T)(F12^*)]水平下得到的GEBF结合能,评估了一系列密度泛函计算的结果. 计算结果表明B3PW91-D3和B97D泛函表现最佳,与GEBF-CCSD(T)(F12^*)基准相比的平均绝对误差分别仅为0.27和0.47 kcal/mol. 然后用GEBF-B3PW91-D3方法计算得到了单、双笼甲烷水合簇的结构和拉曼光谱,得到的甲烷C-H键伸缩拉曼振动峰与实验值的偏差小于3 cm^-1,说明B3PW91-D3泛函可以很好地重现实验结果. 随着水笼尺寸的增加. 甲烷C-H键伸缩拉曼峰发生红移,该现象与实验中提出的“松笼-紧笼”模型吻合. 此外,甲烷分子邻近环境(水笼)的改变对拉曼光谱的影响很小,环境从单笼变为双笼导致C-H键伸缩拉曼振动峰的蓝移不超过3 cm^-1. 甲烷水合簇的理论拉曼光谱与实验拉曼光谱结合可以用来研究海底或星际冰体内部的甲烷水合物的结构. 结合B3PW91-D3或B97D泛函和机器学习模型,可以进一步应用分子动力学模拟研究甲烷水合物的成核/生长机制和相变过程.     

甘氨酸与水分子间相互作用的理论研究

在密度泛函(DFT)B3LYP/6_311++G(3d,3p)水平,对中性甘氨酸的最小点结构Ip和H2O分子间可能存在的氢键复合物进行全自由度能量梯度优化,发现了三个氢键极小结构A、C和E,其中结构A为最稳定结构,它是H2O与甘氨酸的羧基(-COOH)形成两个氢键的结构,具有C1对称性.分别采用密度泛函理论(DFT)和MP2方法,在6-311++G(3d,3p)水平,对结构A的结构和结合能进行了比较计算,得到结合能ΔEDFT为-41.88 kJ/mol,ΔEMP2为-40.34 kJ/mol.