凝聚态硝基甲烷分解机理的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对最低单态和最低三态的硝基甲烷分子进行了分子动力学计算分析,发现:基态硝基甲烷分子沿C-N键分解生成硝基和甲基反应通道上不存在过渡态,只能是在能量足够高的时候造成C-N键的断裂,键离解能为53.4kcal/mol;硝基甲烷分子在最低三态沿C-N键分解生成硝基和甲基的反应通道上,有一个活化能为87.8kcal/mol的能垒.计算得到硝基甲烷分子从基态到最低三态分解反应发生所需要的总能量为144.58kcal/mol.这个数值与硝基甲烷材料的电子碰撞实验在193nm处有强吸收峰的结论相符合.依据多声子迁移理论,结合硝基甲烷分子在最低三态动力学分解的可能性,可以认为在相同条件下,硝基甲烷材料在撞击条件下,分子沿CN键分裂生成硝基和甲基的反应在最低三态分子分解的可能性较大.文章用量化计算从分子构型、频率分析和势能面扫描方面对分析结论进行了加强和确定,并且,依据多声子迁移理论对硝基甲烷分子基态键离解过程、基态到三态激发过程和最低三态活化过程中的声子迁移进行了初步分析.     

凝聚态硝基甲烷分解机理的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G（2d,2P）计算水平上对最低单态和最低三态的硝基甲烷分子进行了分子动力学计算分析,发现,硝基甲烷分子基态沿C-N键分解生成硝基和甲基反应通道上不存在过渡态,只能是在能量足够高的时候造成C-N键的断裂,键离解能为53.4kcal/mol;硝基甲烷分子在最低三态沿C-N键分解生成硝基和甲基的反应通道上,有一个活化能为87.8kcal/mol的能垒。计算得到硝基甲烷分子从基态到最低三态份分解反应发生所需要的总能量为144.58kcal/mol.这个数值与硝基甲烷材料的电子碰撞实验在193nm处的有强吸收峰的结论相符合。依据多声子迁移理论,结合硝基甲烷分子在最低三态动力学分解的可能性,可以认为在相同条件下,硝基甲烷材料在撞击条件下,分子沿C-N键分裂生成硝基和甲基的反应在最低三态分子分解的可能性较大。文章用量化计算从分子构型、频率分析和势能面扫描方面对分析结论进行了加强和确定。并且,依据多声子迁移理论对硝基甲烷分子基态键离解过程、基态到三态激发过程和最低三态活化过程中的声子迁移进行了初步分析。     

用多声子迁移模型理论研究硝基甲烷的分解机理（英文）

基于多声子迁移模型理论分析了撞击诱导硝基甲烷单分子分解反应可能存在的合理的反应路径.发现:对最低三态和基态的分子选择门模式分别为407 cm-1,436 cm-1和482 cm-1,616 cm-1时,计算得到的相同时间长度上的能量迁移参数分别为5.43×105J/mol*K,5.82×105J/mol*K和8.22×105J/mol*K,6.43×105J/mol*K.而理论计算CH3NO2分子从基态跃迁致最低三态所需能量为2.39×105J/mol,最低三态分子从C-N键断裂分解为硝基和甲基所需活化能为3.69×105J/mol;基态的CH3NO2分子从CN键断裂生成硝基和甲基所需能量为2.24×105J/mol.因此,能量迁移能够提供足够的能量使CH3NO2分子在基态或者在跃迁至最低三态后从C-N键断裂生成硝基和甲基.这个结论与实验报道的结论基本一致.     

用多声子迁移模型理论研究硝基甲烷的分解机理

基于多声子迁移模型理论分析了撞击诱导硝基甲烷单分子分解反应可能存在的合理的反应路径。发现：对最低三态和基态的分子选择门模式分别为407cm-1,436cm-1和482cm-1, 616cm-1时,计算得到的相同时间长度上的能量迁移参数分别为5.43×105 J/mol*K ,5.82×105 J/mol*K 和8.22×105 J/mol*K,6.43×105 J/mol*K。而理论计算CH3NO2分子从基态跃迁致最低三态所需能量为2.39×105 J/mol,最低三态分子从C-N键断裂分解为硝基和甲基所需活化能为3.69×105 J/mol;基态的CH3NO2分子从C-N键断裂生成硝基和甲基所需能量为2.24×105 J/mol。因此,能量迁移能够提供足够的能量使CH3NO2分子在基态或者在跃迁至最低三态后从C-N键断裂生成硝基和甲基。这个结论与实验报道的结论基本一致。     

用多声子迁移模型理论研究硝基甲烷的分解机理

基于多声子迁移模型理论分析了撞击诱导硝基甲烷单分子分解反应可能存在的合理的反应路径。发现：对最低三态和基态的分子选择门模式分别为407cm-1,436cm-1和482cm-1, 616cm-1时,计算得到的相同时间长度上的能量迁移参数分别为5.43×105 J/mol*K ,5.82×105 J/mol*K 和8.22×105 J/mol*K,6.43×105 J/mol*K。而理论计算CH3NO2分子从基态跃迁致最低三态所需能量为2.39×105 J/mol,最低三态分子从C-N键断裂分解为硝基和甲基所需活化能为3.69×105 J/mol;基态的CH3NO2分子从C-N键断裂生成硝基和甲基所需能量为2.24×105 J/mol。因此,能量迁移能够提供足够的能量使CH3NO2分子在基态或者在跃迁至最低三态后从C-N键断裂生成硝基和甲基。这个结论与实验报道的结论基本一致。     

高压下固相硝基甲烷分解的分子动力学计算

基于ReaxFF, 采用NVT系综和Berendsen方法对0–7 GPa时和2500 K时固相硝基甲烷的 分解过程进行分子动力学计算, 通过分析硝基甲烷发生分解反应生成的碎片数量随时间的变化, 对不同压强下硝基甲烷的分解机理进行研究. 计算结果表明在0–3 GPa时, 初始分解路径为C–N键断裂和硝基甲烷的异构化; 在4–7 GPa 时, 初始分解路径为分子间质子转移和C–N, N–O键的断裂; 在硝基甲烷的第二阶段反应中存在H₂O, NO, NO₂, HONO, 硝基甲烷分子自身的催化反应. 硝基甲烷在高温高压下发生热分解反应生成碳团簇, 且团簇中碳原子的数量和碳团簇的空间构型随着压强的变化而变化. 关键词： ReaxFF 分子动力学 热分解 压强效应 碳团簇     

高压下硝基甲烷分子温度的密度泛函计算

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对硝基甲烷分子进行了结构优化、频率和热化学分析.发现:在相同温度条件下改变压强,分子熵函数产生了改变,当温度和压强条件相同时,对于不同物质熵函数的改变是相同的.以热力学理论中麦克斯韦关系为基础,通过计算等温过程中分子的熵函数对压强的变化率,用数值拟合方法得到不同压强条件下分子温度的表达式:T=T0+(1-B)[18.3858+0.5392P]V0,式中T0、V0分别表示分子系统初态的温度和体积,T、V分别表示系统在末态的温度和体积,B是体积的压缩比.在选定参数的情况下该表达式可以计算不同压强条件下CHNO含能材料的分子温度.同时,以硝基甲烷为验证,选取基本参数V0和B,计算其在C-J条件对应的爆压14GPa下,分子温度为3461K,对应爱因斯坦温度,相当于3228cm-1的能量,在实验中该能量足以激发硝基甲烷分子内振动能量重新分配过程,有可能激发C-N键的红外振动而引起单分子分解反应的发生.因此,此表达式可用于预测含能材料撞击点火过程单分子分解可能的反应通道.     

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。     

三价羰基硫离子(OCS^(3+))二体解离过程模拟研究

基于Gaussian量子化学模拟软件采用不同基组(6-31G**和TZVP)下的B3LYP方法对基态三价羰基硫离子(OCS^(3+))的势能曲线进行分析,得到了三价羰基硫离子可能的解离通道.当固定C—O键长为OCS分子的构型键长时(2.1a.u.),通过模拟基态OCS^(3+)离子沿着C—S键断裂的势能曲线,发现沿着C—S键的势能曲线是一个具有小势垒的排斥态;相反,当固定C—S键长为OCS分子的构型键长时(2.9a.u.),基态OCS^(3+)离子沿着C—O键的势能曲线是一个势垒较大的排斥态,根据弗兰克-康登原理可知,基态OCS^(3+)离子倾向于以断裂C—S键的方式进行解离.通过搜索基态OCS^(3+)离子过渡态、IRC路径分析进一步确定了基态OCS^(3+)离子具体的解离通道:OCS^(3+)→CO^(+)+S^(2+).最后通过对反应物和产物的Mulliken电荷分布和键长的分析,得到与前面一致的结论.     

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。     

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.     

An investigation of the structure of free-base porphycene by time-resolved electron nuclear double resonance and density functional theory on the photoexcited triplet state

The photoexcited triplet state of free-base porphycene has been investigated by time-resolved electron nuclear double resonance spectroscopy at 10 K. In order to determine whether porphycene is cis or trans configured, experimentally determined A_zz hyperfine coupling tensor components are compared with those predicted from density functional theory. The structures of cis and trans porphycene, in both the singlet ground state and lowest excited triplet state were calculated using the Becke3-Lee-Yang-Parr composite exchange correlation functional and the 6–31G* basis set. Hyperfine couplings for these structures were then calculated using the same functional but with the extended EPR-II basis set. From the results it can be concluded that porphycene has a trans configuration in both the ground singlet and lowest excited triplet state. Additionally, the significant differences in structure between the singlet and triplet states are reflected in the calculated hyperfine couplings, with those for the trans conformation in the triplet state in reasonable agreement with the experimental values.     

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.     

二溴卡宾与CH3OH多通道反应的理论计算

对单、三重态CBr2与CH3OH的多通道反应进行了理论计算. 在b3lyp/6-311g*水平上优化了势能面上构型并进行了构型确认. 计算了各物种经零点能校正的CCSD(T)能量. 结果表明, 单重态CBr2既可以与O－H键插入生成1,1-二溴代甲醚P1 (CH3OCHBr2), 也可以与C－H键插入生成2, 2-二溴代乙醇P3(Br2HCCH2OH). 同时, 存在单重态CBr2与CH3OH抽提双氢生成Pabs(CH2O+CH2Br2)的反应. 采用统计热力学及Wigner校正的Erying理论研究了主反应通道的热力学及动力学性质, 并对反应通道上的关键点进行了NBO和AIM分析.     

二溴卡宾与CH3OH多通道反应的理论计算

对单、三重态CBr2与CH3OH的多通道反应进行了理论计算. 在b3lyp/6-311g*水平上优化了势能面上构型并进行了构型确认. 计算了各物种经零点能校正的CCSD(T)能量. 结果表明, 单重态CBr2既可以与O－H键插入生成1,1-二溴代甲醚P1 (CH3OCHBr2), 也可以与C－H键插入生成2, 2-二溴代乙醇P3(Br2HCCH2OH). 同时, 存在单重态CBr2与CH3OH抽提双氢生成Pabs(CH2O+CH2Br2)的反应. 采用统计热力学及Wigner校正的Erying理论研究了主反应通道的热力学及动力学性质, 并对反应通道上的关键点进行了NBO和AIM分析.     

Theoretical Study on Mechanism of Cycloadditional Reaction Between Dichloro-Germylidene and Formaldehyde

用MP2/6-31G^*方法研究了单线态二氯亚甲基锗烯与甲醛环加成反应的反应机理,该反应有两条相互竞争的主反应通道,同时伴随着两中间体(INT3和INT4)副产物的生成. 第一条主反应通道所生成的物种为三员环中间体(INT1)和Ge-O顺位的四员环产物(P1);第二条主反应通道所生成的物种为Ge-O对位的扭曲四员环中间体(INT2)和氯迁移产物(P2);P1和INT2分别与甲醛(R2)的进一步作用而导致了两副产物的生成.     

CH3+NO的反应机理和动力学研究

在G2(B3LYP/MP2/CC)理论水平上研究了CH3自由基与一氧化氮分子(NO)的反应.计算了反应体系最低势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量,全面研究了此反应的反应机理及各个可能的反应通道;利用多通道TST RRKM理论计算了300～2500K的总包反应速率常数的温度效应、压力效应和各反应通道的分支比.详细讨论了活化分子碰撞失活对反应速率的贡献,计算结果和实验数据符合得较好.     

Excitation of lowest electronic states of thymine by slow electrons

Excitation of lowest electronic states of the thymine molecules in the gas phase is studied by elec- tron energy loss spectroscopy. In addition to dipole-allowed transitions to singlet states, transitions to the lowest triplet states were observed. The low-energy features of the spectrum at 3.66 and 4.61 eV are identified with the excitation of the first triplet states 1₃ A′ (π → π*) and 1₃ A″ (n → π*). The higher-lying features at 4.96, 5.75, 6.17, and 7.35 eV are assigned mainly to the excitation of the π → π* transitions to the singlet states of the molecule. The excitation dynamics of the lowest states is studied. It is found that the first triplet state 1³ A′(π → π*) is most efficiently excited at a residual energy close to zero, while the singlet 2₁ A′(π → π*) state is excited with almost identical efficiency at different residual energies.