基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u.,1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的CC,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.     

基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性

交联聚乙烯是主要的高压电缆绝缘材料.为了研究外电场对盐交联分子结构的影响,本文对Zn原子使用def2-TZVP基组, C, H, O原子使用6-31G(d)基组,运用明尼苏达密度泛函(M06-2X)对交联聚乙烯分子进行优化得到了它的稳定结构.并研究了不同外电场(0—0.020 a.u., 1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下盐交联聚乙烯分子结构和能量变化,外电场对前线轨道的能级和成分的影响,原子之间的键级、断键和红光光谱的变化.研究结果表明:随着电场的增大,交联聚乙烯分子从空间网状结构逐渐变成线性结构,总能量降低,但势能增大,偶极矩和极化率升高,交联聚乙烯分子的稳定性随着电场的增大而降低;最高占据轨道能级持续增大,最低空轨道能级从0.011 a.u.电场开始持续降低,能隙持续降低,临界击穿场强为11.16 GV/m;沿电场方向聚乙烯链端表现出亲核反应活性,它的C—C键更容易断裂,形成甲基碳负离子,逆电场方向聚乙烯链端表现出亲电反应活性,它的C—H键更容易断裂形成H正离子;分子红外光谱高频区吸收峰明显红移,低频区吸收峰既有红移又有蓝移.     

外电场对CO分子及离子性质的调制和降解

基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G++基组水平上,计算研究外加电场下CO分子及离子物理性质,包括总能量、键长、电荷分布、能级分布和红外光谱,并根据势能曲线研究CO外加电场下的降解。随着外电场逐渐增大(- 0.015 a. u.~0.015 a. u.),CO的性质发生明显的变化, 电场增大到一定程度时可实现CO分子降解。同样,CO⁺离子的总能量随电场的增大逐渐减小,键长变长,偶极矩逐渐变大,分子能隙在Alpha轨道中逐渐减小,在Beta轨道中逐渐增大,红外光谱的强度相应逐渐增大。电场从0.0 a. u增大到0.150 a. u.时,势能曲线的变化同样表明CO⁺离子离解能减小。电场增大到一定程度时可实现CO⁺离子降解。     

一氟二氯乙烷分子在外电场中的光谱特征和解离特性

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(d, p)水平上研究不同外加电场下(-0.05～0.05 a.u.)一氟二氯乙烷分子的光谱特征和解离特性,其中包括该分子基态结构、总能量、偶极矩、最高占据轨道能级、最低空轨道能级、能隙、红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光吸收光谱及C原子与Cl原子间势能曲线等数据在电场下的变化趋势。在y轴方向上,随着负向电场的增强,C原子与Cl原子核间距增长、最高占据轨道能级减小,体系总能量、最低未占据轨道能级、能隙先增大后减小,偶极矩先减小后增加。外加电场会影响一氟二氯乙烷分子红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱的吸收强度和吸收峰频率,红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱随着电场变化出现红移或蓝移现象。C原子与Cl原子间势垒随着负向电场增加逐渐减小,并在电场达到-0.05 a.u.时C原子与其中一个Cl原子发生断裂,当分子中一个C—Cl键断裂后,施加强度为-0.04 a.u.的电场时另外一个C—Cl键发生断裂,分子在电场下发生逐步解离,研究结果完善了一氟二氯乙烷分子受外电场影响的理论数据。     

电场作用下C60富勒烯分子的几何构形与电子结构

采用分子动力学与半经验量子力学相结合的方法,对不同强度电场作用下C60富勒烯分子的体积、形变、电荷分布、偶极矩、系统能量、分子轨道能级等进行了计算,分析了外加电场对C60富勒烯分子几何构形、电子结构的影响.研究结果表明:①在电场作用下,C60富勒烯发生极化,分子沿电场方向伸长,沿垂直电场的方向缩短,体积膨胀.当电场强度增至0.102 a.u.时,C60分子构形破坏.②随着外加电场强度的增加,C60分子的偶极矩增大,系统能量、LUMO,HOMO能级减小,但LUMD,HOMO之间的能隙却先是减小,然后增大.     

外电场下AgCl分子的结构与性质

采用密度泛函理论B3P86方法计算了AgCl基态分子在不同场强条件下的稳定结构及激发态性质。研究了外电场对AgCl基态分子键长、总能量、电子结构、谐振频率和红外光谱强度及前10个激发态的吸收谱、激发能、振子强度的影响。结果表明随着沿Ag-Cl分子轴向电场的逐渐增大, AgCl分子键长逐渐减小;总能量则逐渐增大;电偶极矩单调减小;HOMO能级升高,而LUMO能级、费米能级和能隙均减小。谐振频率随正向电场增加而增大,而红外谱强度则逐渐减小。随着电场的增强,由基态至第1～10激发态的波长增大,激发能减小。     

间二甲苯分子在不同外电场下结构和解离特性研究

间二甲苯是挥发性有机物(VOCs, Volatile Organic Compounds)的关键活性成分,研究其在外电场下的性质十分重要.采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-311G++基组水平上对间二甲苯分子进行优化,从分子结构研究了不同外电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)作用下,间二甲苯分子的总能量,键长,电偶极矩,前线轨道,红外光谱和解离势能面.计算结果表明,沿两甲基中C原子连线方向的电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)增加时,分子总能量和能隙先增大后减小,电偶极矩先减小后增加.通过计算发现外电场对间二甲苯分子不同键长和不同振动模式的红外光谱的影响均有所不同.间二甲苯分子的解离特性表现为:沿两甲基中C原子连线方向施加强度超过0.047 a. u.的电场时,位于电场增加方向的甲基与苯环之间起连接作用的C-C键断裂.以上计算结果可为利用电场降解间二甲苯提供重要理论参考.     

外电场下交联聚乙烯电介质材料分子结构变化及其电老化微观机理研究

为了从微观角度分析交联聚乙烯(XLPE)材料的电树枝老化,本文采用分子模拟方法计算并优化得到了XLPE分子结构.沿着聚乙烯链施加不同大小电场强度,分析交联聚乙烯分子的几何结构、偶极矩、极化率、电荷分布、前线轨道能量和红外光谱变化规律.计算结果表明,随着外电场的增大,交联聚乙烯分子红外光谱发生较大变化;当外施电场达到0.026a.u.后,红外光谱图中出现虚频,表明分子空间结构不再稳定,易发生断键;另外从前线轨道图的变化可以看出断键现象最先发生在交联聚乙烯链端部;沿着电场方向,原子所带电荷量由交联处向端部转移,当外施电场达到0.029a.u.后,链端部的C-H和C-C键断裂产生H·和CH_3·自由基.游离的自由基会形成空间电荷并发生积聚,产生局部较大场强,从而进一步影响交联聚乙烯链的空间结构.而电介质内部微观特性的变化必定会导致交联聚乙烯材料绝缘性能的下降,这些变化对揭示交联聚乙烯电缆电树枝形成的微观规律具有重要研究意义.     

ZnO在辐射场中的光激发特性研究

采用密度泛函理论的BPV86方法, 在6-311G++(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.080 a.u.)下氧化锌分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氧化锌分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱和紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化明显, 与电场呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, ZnO分子键长一直在增大, 电偶极距也是一直增大, 分子总能量不断减小, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现红移现象。随着外电场的加强, 分子紫外可见吸收光谱振子强度先增大后减小再增大再减小反复变化, 其波峰则出现蓝移现象。     

间二甲苯分子在不同外电场下结构和解离特性研究

间二甲苯是挥发性有机物(VOCs,Volatile Organic Compounds)的关键活性成分，研究其在外电场下的性质十分重要.采用密度泛函理论(DFT)，在B3LYP/6-311G++基组水平上对间二甲苯分子进行优化，从分子结构研究了不同外电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)作用下，间二甲苯分子的总能量，键长，电偶极矩，前线轨道，红外光谱和解离势能面.计算结果表明，沿两甲基中C原子连线方向的电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)增加时，分子总能量和能隙先增大后减小，电偶极矩先减小后增加.通过计算发现外电场对间二甲苯分子不同键长和不同振动模式的红外光谱的影响均有所不同.间二甲苯分子的解离特性表现为:沿两甲基中C原子连线方向施加强度超过0.047 a.u.的电场时，位于电场增加方向的甲基与苯环之间起连接作用的C-C键断裂.以上计算结果可为利用电场降解间二甲苯提供重要理论参考．     

三氯甲烷在外电场中的物理性质研究

三氯甲烷是挥发性卤代烃,可通过皮肤接触、呼吸或饮水进入人体,危害人体健康,其物理性质的进一步研究对于保护环境与人体健康十分重要.本文采用DFT(密度泛函理论)计算方法,在B3PW91/6-311G+(2d, p)基组水平下对三氯甲烷分子进行优化,从分子结构角度研究了不同外电场作用下,三氯甲烷分子的总能量,键长,电偶极矩,解离势能面,隧穿电离和红外光谱.计算结果表明,随着外加电场的增大,分子键长逐渐增长,偶极矩也随之增加,然而分子的总能量却逐渐减小.分子的最低空轨道能量与最高占据轨道能量之间的能隙也随着外加电场的增大而降低.分子的解离能在增加的电场条件下逐渐降低,吸收光谱的IR强度也有明显的变化.上述的计算结果为利用电场降解三氯甲烷提供重要的理论参考.     

强外电场作用下二甲基硅酮的分子结构和激发态

采用密度泛函(DFT)方法B3P86在6 311++G(d,p)基组水平上优化得到了分子轴方向不同电偶极 场(-0.04～0.04a.u.)作用下,二甲基硅酮的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下 用同样的基组采用杂化CIS DFT方法(CIS B3P86)研究了同样外电场条件下对二甲基硅酮的激发能和振子强度 的影响.计算结果表明,分子几何构型与电场大小和方向呈现强烈的依赖,正向电场下基态偶极矩随电场强度线 性增加,分子总能量降低,当反向电场大于0.03a.u.时,偶极距方向改变,总能量增加;激发能随电场增加急剧减 小,且对电场方向的依赖呈现出不对称性,满足Grozema关系.电场对振子强度的影响比较复杂,但仍满足跃迁选 择定则.     

外电场作用下BrCl分子的物理特性与光谱

采用HF （Hartree-Fock）方法,在6-31+G（d,p）基组水平上优化不同外电场（0~0.035 a.u.）下氯化溴分子的基态稳定构型,在此基础上计算氯化溴分子的分子结构、偶极矩、分子总能量、分子键长、分子电荷分布、分子能隙、红外光谱及解离势能面等.结果表明：随着Z轴（平行于Br-Cl连线）方向外电场的增加（0~0.035 a.u.）,分子总能量先小幅度增加后又降低,键长先减小后增大,分子偶极矩先减小后单调增加,原子电荷分布递增,分子能隙逐渐减小,分子红外光谱先蓝移后红移.通过对解离势能面的计算分析发现,强度为0.045 a.u.的外电场使得Br-Cl键断裂而降解,该结果对氯化溴进行电场降解提供参考依据.     

外电场作用下苯乙烯分子结构和电子光谱

采用密度泛函B3P86方法在6-311G基组水平上优化得到了在不同外电场(0—0.05a.u.)作用下,苯乙烯分子的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)研究了同样外电场条件下对苯乙烯的激发能和振子强度的影响.计算结果表明,分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随电场的增加而增大.分子总能量随着电场增加而降低.激发能随电场增加快速减小,表明在电场作用下,分子易于激发和解离. 关键词： 苯乙烯 电场 激发态 杂化CIS-DFT     

外电场作用下乙酸乙烯酯的分子结构和激发态

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上,计算了乙酸乙烯酯分子在不同外电场(0.000 a.u.~0.030 a.u.)作用下的基态几何结构、电偶极距、电荷分布及分子总能量,然后利用杂化CIS-DFT方法在相同基组下研究了外电场对乙酸乙烯酯分子前8个激发态的激发能、波长和振子强度的影响.结果表明,分子的几何结构、电荷分布与外电场的大小呈现强烈的依赖关系.随着外电场的不断增加,分子的总能量逐渐减小,偶极距逐渐增大,激发能随电场的增加总体上呈减小的趋势,表明在外电场作用下,乙酸乙烯酯分子易于激发,激发态波长随电场的增加总体上呈增大的趋势,且电子跃迁光谱都集中在紫外区.     

三氯一氟甲烷分子在辐射场中的光谱性质与解离特性研究

采用B3LYP/6-311++g(3df,3pd)方法和基组对氟利昂物质CFC-11 (CFCl_3)分子进行了一系列的理论研究.包括了该分子的基态结构、电偶极矩、总能量、最高占据分子轨道能级E_H和最低未占据分子轨道能级E_L、能隙、红外与拉曼光谱性质、C-F键解离,并探讨电场对该分子的影响.结果表明:基态结构优化后的理论计算值和实验值的最大误差低于2%,C-F键受电场强度的增大而被拉长,能隙E_g随E_H和E_L的变化出现先增大后减小;电场影响着CFC-11分子的红外与拉曼光谱吸收强度,红外与拉曼光谱随着电场变化出现红移或蓝移现象.电场可作为一种辅助手段对其重叠或准重叠谱线进行分离.势阱深度随反向电场逐渐增大而减小,直至消失,使得C-F键的束缚能力逐渐减弱.本文有望为实现CFC-11分子最终发生解离而降解提供一种可行有效的调控手段.     

GaN在辐射场中的物理特性和光谱研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.025 a.u.)下氮化镓分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氮化镓分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱, 拉曼光谱, 紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 分子的结构的变化与电场大小呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, GaN分子键长不断减小, 电偶极距不断减小, 分子总能量不断增大, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现蓝移现象, 拉曼光谱出现蓝移现象。随着外电场的加强, 分子紫外-可见吸收光谱振子强度出现先减小后增大再减小的反复变化, 其波峰则出现红移现象。     

外电场下4-氟苯酚分子的分子结构和解离特性

4-氟苯酚是一种用途广泛的芳香族化合物,同时也是具有毒性的有机污染物之一,对环境和人体都有巨大危害.研究其在外电场作用下的降解机理具有重要意义.本文采用密度泛函方法(DFT)方法和含时密度泛方法(TD-DFT)在B3LYP/6-311G+(2d, 2p)基组水平上,研究了4-氟苯酚分子在不同外加电场(0-0.03 a.u.)下的几何结构、光谱特性、解离特性.结果表明,外加电场对4-氟苯酚分子的结构和性质有较大影响,随着X(C-F键)方向外电场的增加,4-氟苯酚分子C-F键的键长增大、分子体系总能量逐渐减小、偶极矩逐渐增大、能隙逐渐减小. 4-氟苯酚分子红外光谱的最强峰发生红移,紫外吸收光谱吸收峰峰值先增大后减小,峰型变宽,4-氟苯酚分子解离势能逐渐减小,说明4-氟苯酚分子在外电场作用下趋于解离.该研究对4-氟苯酚污染物分子的外电场降解提供参考.