OH+C_2H_3F的反应机理及产物支化比反应的理论研究（英文）

木文对HOC_2H_3F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-Ra msperger-Kassel-Marcus计算.生成主要产物CH2CHO+HF最有利的反应途径是OHC_2H_3F→i2→TS14→i6→TS9→i3→TS3→CH_2C HO+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_β迁移到C_α位置生成CH_2O+CH_2F,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.     

氘代烷基卤化物CD3CH2F光解动态学的理论研究

在燃烧或大气化学多通道反应中,理解不同产物之间的产品分支比与反应的总速率,对这类基元反应同样重要. 在CCSD(T)/CBS/B3LYP/aug-cc-pVDZ理论水平上,计算所有氘代烷基卤化物CD₃CH₂F物种的基态势能面. 在CD₃CH₂F的解离反应中,C-F键解离反应与分子(HF、DF、H₂、D₂与HD)消除反应存在着争议. 本文使用RRKM方法计算各个步骤的速率常数,并使用稳态方法计算解离产物的相对产物分支比. 在不同的能量下,RRKM方法预测CD₃CH₂F的1,2-消除DF或HF的主要通道是通过四中心过渡态消除,而1,1-消除D₂或H₂的主要通道是通过三中心过渡态消除. 在266、248和193 nm光解时,主产物CD₂CH₂+DF分支比分别为96.57%、91.47%和48.52%;然而,在157 nm光解时,产物分支比计算为16.11%. 基于这些过渡态结构和能量,提出了以下光解离机制：在266、248和193 nm,CD₃CH₂F→吸收光子→TS5→形成产物→CD₂CH₂+DF;在157 nm,CD₃CH₂F→吸收光子→D/F交換的TS1→CDH₂CDF→H/F交换的TS2→CHD₂CHDF→形成产物CHD₂+CHDF.     

密度泛函理论研究α-MoC(100)在甲醇水蒸汽重整中的催化作用

本文通过密度泛函理论计算方法探究了α-MoC催化甲醇水蒸气重整(CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂)反应,系统地研究了甲醇水蒸气重整反应中相关中间体的吸附行为和基本步骤的动力学. 结果表明,在α-MoC(100)表面,甲醇容易裂解形成CH₃O中间体,CH₃O进一步脱氢为CH₂O. 通过比较CH₂O和OH缔合过程和CH₂O直接分解过程,发现CH₂O和OH之间更容易形成CH₂OOH而不是分解成CHO和H. 计算结果表明,CH₂OOH中间体的连续脱氢对CO₂有很高的选择性. 相反,在α-MoC(111)表面,由于CH₂O中间体的强吸附使其更偏向于脱氢生成CHO,最后生成产物CO. 此外,高水解离产生的OH物种可以促进中间体O-H键的断裂,并显著降低反应能垒. 本文不仅揭示了α-MoC(100)晶面在甲醇水蒸气重整反应中的催化作用,也为α-MoC基催化剂的设计提供了理论指导.     

反应物转动激发对F+H2→HF+H体系反应动力学的影响

利用高分辨的交叉分子束装置研究了F+H₂(v=0,j=0, 1)反应在碰撞能1.27 kcal/mol下的动力学行为, 获得了产物HF(v′=1,2,3)转动态分辨的微分散射截面．当反应物H₂ 处于不同转动量子态j=0和1时,产物HF(v′=2)的散射角分布都主要表现为后向散射,但HF(v′=2)的转动态布居与反应物的转动量子态密切相关,转动激发的H₂分子将产生转动“更热”的HF(v′=2) 产物．另外,对于HF(v′=3)产物通道,由于slow-down机理的影响,当H₂布居于j=0时前向散射表现更显著．     

F+H2O/D2O→HF+OH反应的准经典轨迹研究：能垒、反应物转动激发和同位素取代的影响 (cited: 4)

在新构建的含旋轨耦合校正的FH₂O基态势能面上,采用准经典轨迹方法详细研究了F+H₂O/D₂O→HF/DF+OH/OD的反应动态学．氢和氘抽取反应经过较低的类反应物过渡态直接发生反应,生成振动激发的HF/DF和内能较低的OH/OD产物．由于新构建的势能面能垒较低,得到的积分反应截面与实验值吻合．但新势能面对产物态分布和模式选择性影响较小．理论计算结果显示H2O的转动态激发对反应有很强的促进作用,说明其与反应坐标耦合紧密．     

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.     

CH3OH在ZnO(0001)表面的光催化解离

本文利用266 nm波长的激光及程序升温脱附的方法研究了甲醇在ZnO(0001)表面的光催化反应. TPD结果显示部分的CH₃OH以分子的形式吸附在ZnO(0001)表面,而另外一部分在表面发生了解离. 实验过程中探测到H₂,CH₃^·,H₂O,CO,CH₂O,CO₂和CH₃OH这些热反应产物. 紫外激光照射实验结果表明光照可以促进CH₃OH/CH₃O^·解离形成CH₂O,在程序升温或光照的过程中它又可以转变为HCOO^-. CH₂OH_Zn与OH_ad反应在Zn位点上形成H₂O分子. 升温或光照都能促进CH₃O^·转变为CH₃^·. 该研究对CH₃OH在ZnO(0001)表面的光催化反应机理提供了一个新的见解.     

Ca掺杂的氧化铍纳米管吸附H2O和NH3的选择传感特

通过密度泛函计算, 借助NH₃和H₂O分子对未掺杂以及钙掺杂的BeO碳纳米管的结构和电传导性进行了研究. 结果发现,NH₃和H₂O分子可以吸附在纳米管侧壁的Be原子上,吸附能分别为约36.1和39.0 kcal/mol. 态密度分析显示BeO纳米管的电传导性在吸附后稍有变化. 对于NH₃和H₂O分子,纳米管表面的钙原子替换Be原子可使吸附能分别增加约7.4和14.7 kcal/mol. 与未掺杂纳米管不同的是,钙掺杂BeONT吸附NH₃和H₂O分子的电传导性更加敏感,且H₂O分子比NH₃分子更敏感.     

H+CH3D→H2+CH2D反应的十维量子动力学研究

本文采用最近发展的十维含时波包方法研究了H+CH₃D→H₂+CH₂D反应的模式选择性,计算了反应物CH₃D在基态、CH₃对称和不对称伸缩振动激发态、CD伸缩振动激发态以及CH₃弯曲模式的基频和倍频激发态等6个初始状态下的反应几率. 计算结果表明,在碰撞能0.0∽1.0 eV区间内,激发CH₃的任意一种伸缩振动模都能增强反应活性,而CD伸缩振动激发对反应的促进作用不明显. CH₃弯曲振动模的基频激发对促进反应活性几乎没有影响,由于CH₃对称伸缩振动模的基频与CH₃弯曲振动模倍频之间的费米共振作用,CH₃弯曲振动模的倍频激发显著增强了反应活性.     

使用发射光谱对H2稀释情况下的感应耦合H2/C4F8等离子体中碳氟基团的研究

在射频输入功率为400W，气压为0.8Pa的条件下，使用光强标定的发射光谱方法研究了感应耦合H₂/C₄F₈等离子体中CF, CF₂, H和F基团的相对密度随流量比R=H₂/(H₂+C₄F₈)的变化情况，而HF基团相对密度的变化由四级质谱仪探测得到。结果表明等离子体活性先随着R的增加而升高，然后随着R的进一步增加而下降。在流量比从0逐渐上升到0.625的过程中，CF和CF₂基团的相对密度不断降低。实验中测得的CF基团的相对密度[CF]与理论计算得到的[CF]有很好的一致性说明了电子与CF2基团的碰撞反应是CF基团产生的主要原因。文中还讨论了HF基团。     

Cucurbit[n]urils/CdS-MoS2的表征及可见光催化性能

为了降低CdS光生电子-空穴的复合对其光催化性能的影响,利用窄带隙半导体MoS₂和有机大分子瓜环(cucurbit[n]uril,Q[n])对CdS进行改性研究. 本文采用水热法合成了Q[n]/CdS-MoS₂\\(n=6,7,8)复合光催化剂. 利用FT-IR、XRD、XPS、SEM、UV-Vis和PL等手段对产物结构、形貌和光学等性质进行表征,并考察Q[n]/CdS-MoS₂复合催化剂对次甲基蓝、罗丹明B和结晶紫溶液的催化降解性能. 结果表明,瓜环对CdS-MoS₂颗粒生长结晶起到了调控作用,Q[n]/CdS-MoS₂(n=6,7,8)形成了具有花瓣状叶片的花团,催化剂表面积增大,活性位点增加,禁帯宽度减小,电子-空穴对得到了更好的分离和迁移. Q[6]/CdS-MoS₂和Q[7]/CdS-MoS₂对亚甲基蓝具有良好的光催化活性,催化过程为羟基自由基原理.     

B-X and C-X Band Systems of CuCl Revisited: Laser-induced Fluorescence Study in 465−490 nm

通过20400～21800 cm^-1的激光诱导荧光激发谱,重新研究了CuCl的B～X和C～X带系,洪特情形(a)的转动分析揭示出明显的单重态到单重态的跃迁特征. 测量的寿命(分别为4.670和4.667 μs)对于纯的单重态明显太长, 表明CuCl的B态和C态应该位于单重态(¹П和¹∑⁺)和三重态(³П_0,1,2)的混合区,光谱所观测到的这两个激发态可能是被临近三重态严重微扰的单重态.     

内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

Ni基催化剂在邻甲酚原位加氢反应中的催化性能

采用等体积浸渍法制备了一系列负载型Ni基催化剂,利用XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD 等技术表征了催化剂的理化特性,考察了载体(CMK-3、SiO₂ZrO₂、MgO、Al₂O₃)、助剂(Cu、Ce、Fe)对Ni基催化剂理化特性的影响,测试了230 oC、0.1 MPa冷压下催化剂对邻甲酚原位加氢反应的性能．结果表明,在负载型镍基催化剂作用下,甲醇水相重整制氢反应可以与邻甲酚的原位加氢反应相耦合;以CMK-3为载体的催化剂活性明显优于其他三种载体,邻甲酚的转化率为45.35%;助剂的添加对催化剂性能影响显著,Fe 的引入使原位加氢体系的转化率降至40.49%,助剂Ce、Cu的加入提高了Ni/CMK-3催化剂的原位加氢反应性能,转化率分别提高至64.6%、66.8%,Cu的添加改变了产物的分布,在产物中出现了新产物甲苯;同时探讨原位加氢反应路径及反应机理．     

乙炔高温裂解的从头算动力学模拟

本文采用了从头算动力学结合量化计算来研究乙炔的热裂解,发现了一条通过连续乙烯基卡宾加成生成苯环的机理,并和与这条路径相竞争的路径进行了对比. 此外,还得到了乙烯基卡宾的寿命.     

基于周期性边界条件的分块量子化学方法对液态水的从头算分子动力学模拟

本文利用分块量子化学方法,实现了在周期性边界条件下应用二阶微扰(MP2)理论对液态水的从头算分子动力学模拟. 通过采用aug-cc-pVDZ基组,MP2理论可以精确地描述水分子之间的相互作用势能面,因而在描述水的各项理化性质方面,MP2有望提供比密度泛函理论更加精确的结果. 本研究计算了多种水的结构及动力学性质,包括径向分布函数,扩散系数,偶极矩,三个临近氧原子的角度分布,氢键结构,都得到了与实验观测一致的结果. 因此,周期性边界量子分块方法可以作为一种研究水的物质结构的可靠理论方法,并且有望促进水科学领域争议性问题的解决. 同时,该方法具有普适性和可扩展性,为有效应用高精度量子化学从头算方法计算其他凝聚态体系提供了理论框架.     

针对电子极化子迁移的哈伯德U修正受限密度泛函理论方法：TiO2实例研究

极化子的形成和迁移对过渡金属氧化物的物理和化学性质有重要影响. 含哈伯德$U$修正的密度泛函理论和受限密度泛函理论方法经常被应用于小极化子迁移性质的理论研究. 本文在投影缀加波框架中实现了哈伯德$U$修正的受限密度泛函理论(cDFT+U),并将其应用于体相TiO₂中的极化子迁移性质的计算. 确认了哈伯德U的取值对极化子性质的理论预测有重要影响. 采用基于cDFT计算所获得的哈伯德U值,可对TiO₂金红石和锐钛矿相中的极化子性质获得与实验符合很好的描述. 本文表明,使用与理论上一致的方式计算获得的哈伯德U值,cDFT+U有望成为一种有效的不需经验输入而计算过渡金属氧化物极化子性质的第一性原理方法.     

ZrO-双原子阴离子的光电子成像谱

利用激光溅射制备了ZrO^-双原子阴离子,测量了其光电子成像谱．实验观测到的光电子能谱可以在光学光谱和高精度从头计算的基础上得到很好的归属．ZrO^-的基态确定为²△态,其自旋-轨道分裂能为578±12 cm^-1,ZrO的电子亲和能测定为1.249±0.005 eV．第一次在实验上观测到ZrO的c³∑^-激发态,其相对于X¹∑⁺基态的能量为13316±24 cm^-1,同时还对ZrO与其等电子体NbN的电子结构进行了比较．     

基于芯-电子结合能偏移的碱金属中的表面、尺寸和热效应

还原氧化石墨烯是大规模生产石墨烯的前体;然而迄今为止,还原氧化石墨烯的电子结构还没有达成共识. 本文运用从头分子动力学方法研究羟基在石墨烯表面的吸附过程. 在吸附过程中,OH基团首先在位于两个碳原子桥位上方形成物理吸附络合物,然后翻越过渡态,最终被吸附在一个碳原子的顶位位点. 结果显示5×5石墨烯表面最多可以吸附6个羟基,表明石墨烯表面羟基的覆盖率约为12%. 计算结果还显示,负吸附能随着羟基吸附数目的增加而线性增加,带隙也随着羟基吸附数目的增加而线性增加.     

利用高分辨率光谱和从头算理论研究9-甲基蒽的大振幅运动

本文利用平行超音速射流和光频梳技术观察到9-甲基蒽(9MA)的多普勒的高分辨率和高精度光谱. CH₃内部旋转的势能曲线用六重对称正弦函数表示. 之前报道的9MA-d12的势垒(V₆)远远低于9MA-h12[M. Baba, et al., J. Phys. Chem. A 113, 2366 (2009)]. 本文对多组分分子轨道法进行从头算方法的理论计算. 氘代取代势垒降低的部分原因是H和D原子核的波函数不同.