丙烯腈双自由基终止过程态密度变化的研究

本文采用密度泛函理论对丙烯腈单体自由基(CH3)2(CN)C-CH2-(CN)CH两种终止反应过程中各原子态密度变化进行研究.用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、偶合中间体、过渡态和产物的结构进行优化,计算了各物种的红外频率和各原子的态密度.研究结果表明,偶合中间体a和歧化产物P的化学稳定性较好,丙烯腈单体自由基R和过渡态TS的化学稳定性比较差;各驻点物种的HOMO、LUMO轨道基本是相同原子贡献,且C、N原子贡献程度基本在95%左右;丙烯腈单体自由基R、过渡态TS的HOMO、LUMO相对比较独立,与前线轨道附近的其他能级（HOMO-2、HOMO-1、LUMO+1、LUMO+2）的能量差比较大.     

丙烯腈双自由基终止过程态密度变化的研究

本文采用密度泛函理论对丙烯腈单体自由基(CH3)2(CN)C-CH2-(CN)CH两种终止反应过程中各原子态密度变化进行研究.用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、偶合中间体、过渡态和产物的结构进行优化,计算了各物种的红外频率和各原子的态密度.研究结果表明,偶合中间体a和歧化产物P的化学稳定性较好,丙烯腈单体自由基R和过渡态TS的化学稳定性比较差;各驻点物种的HOMO、LUMO轨道基本是相同原子贡献,且C、N原子贡献程度基本在95%左右;丙烯腈单体自由基R、过渡态TS的HOMO、LUMO相对比较独立,与前线轨道附近的其他能级（HOMO-2、HOMO-1、LUMO+1、LUMO+2）的能量差比较大.     

丙烯腈单体自由基反应及光谱分析的研究

采用密度泛函理论对以偶氮二异丁腈为引发剂形成的丙烯腈单体自由基(CH₃)₂(CN)C—CH₂—(CN)CH的终止方式反应机理进行研究。先用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、偶合中间体、过渡态、歧化产物的几何构型进行优化,并计算了各物种经过零点能校正后的总能量,红外频率和电子结构,同时对过渡态结构进行了验证。研究结果表明,反应物先通过自由基的偶合终止方式形成偶合中间体a,再由此经过氢迁移、裂解等机理得到歧化终止产物P[p₁(CH₃)₂(CN)CCHCHCN+p₂(CH₃)₂(CN)C—CH₂—CH₂CN]。双自由基发生偶合和歧化终止反应分别形成偶合中间体a和歧化终止产物P均为放热反应,且偶合产物有着更低的能量。反应过程的速控步骤a→TS→P在常温下的速率常数表示为k(298.15 K)=2.71×10-59。歧化终止反应随着反应温度的升高易于进行,歧化产物所占的比例也增加。通过对反应过程各物种红外谱图的分析,说明自由基在整个终止反应的化学变化,同时分析了HOMO-LUMO电子密度分布的信息,验证丙烯腈双自由基偶合终止方式和各物种结构的准确性。     

双自由基CH燃烧反应机理的研究

应用量子理论从头算和密度泛函理论(DFT)对双自由基CH(X2Π)与O2(X3∑g-)的反应机理进行了研究.在B3PW91/6-311G**水平上优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,并计算了零点能和过渡态的虚频率.并由B3PW91/6-311G**给出了各物种的总能量.计算表明,反应物中自由基CH与O2反应主要在二重态势能面上进行,CH中的C原子可以插在O2分子中两个氧原子中间形成中间体1(2HCO2),中间体1(2HCO2)可以经过不同的反应通道形成不同的产物P1(1CO2 2H)和P2(1CO 2OH),各反应通道的反应热的计算与实验值吻合较好.     

CH3CH2+O(3P)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对CH3CH2+O(3P)反应进行了理论研究,在MP2/6311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率,并在QCISD(T)/6311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明:CH2O+CH3、CH3CHO+H和CH2CH2+OH是主要反应产物,其中CH2O+CH3主要来自反应通道A1:(R)→IM1→TS3→(A),CH3CHO+H主要来自反应通道B1:(R)→IM1→TS4→(B),CH2CH2+OH主要来自直接抽提反应通道C1和C2:(R)→TS1(TS2)→(C).计算结果同时表明该反应生成CO的通道能垒是非常高的,CO应该不是主要产物.     

氢卟啉, N-/Neo-混杂卟啉结构和吸收光谱性质的密度泛函理论研究

卟啉类化合物是一类重要的光化学材料,其衍生物特殊的光电特性在各个领域中得到了广泛的应用。利用密度泛函理论(DFT)研究了(free base porphyrin, FBP)及其异构体(neo-confused porphyrin, NECP)和(n-confused porphyrin, NCP)三种卟啉环的几何结构和分子轨道能级。采用TDDFT方法计算真空和溶剂场极化连续模型下三者的吸收光谱。计算表明由于N原子位置变化,FBP,NECP和NCP在Soret带和Q带两个特征吸收峰也有不同。按FBP,NECP和NCP顺序,分子轨道能级LUMO依次降低,HOMO轨道依次升高,从而造成吸收光谱红移。HOMO和HOMO-1轨道能级的分裂造成了FBP和NECP的Soret带的多个吸收峰,而NCP的LUMO和LUMO+1 的能级差与其HOMO和HOMO-1能级差几乎相等造成Soret带只有一个最高吸收峰。计算结果表明不同溶剂(苯、氯仿、乙腈和水)条件下三者的Soret带和Q带特征吸收峰均有显著变化。为此重点讨论了N原子位置的变化及在不同性质溶剂下FBP,NCP和NECP三类化合物Soret带/Q带吸收光谱性质的变化规律和机理。     

8-羟基喹啉锂的光电性能和取代基效应的密度泛函理论

采用密度泛函理论(DFT)较为系统地研究了给、吸电子取代基对8-羟基喹啉锂(Liq)光电性能的影响。研究结果表明:不同取代基与母体形成不同的共轭,取代基—CN、—OCH3很好地参与了整个π体系共轭,对体系性质影响较大;吸电子基—CF3、—CN、—Cl在5-位取代都使Liq的最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)能级降低;给电子基—CH3、—CH3CH2CH2、—OCH3在5-位取代都使Liq的LUMO、HOMO升高,带隙减小,给电性越强,影响越显著;—CN在5-位取代,显著增加了Liq的电子亲和势,降低了电子重组能,使电子更易于注入和传输。与Liq及其它衍生物相比,5-CN-Liq是一种更好的电子注入和传输材料。     

FeCH_2+H_2→Fe+CH_4反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311 G(2d,2p)水平上研究了五重态和三重态的FeCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上,用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在三重态和五重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2).反应的第一步是产生分子复合物(H2)FeCH2,其能量分别比反应物低16.6(五重态)和20.3kJ/mol(三重态);第二步是H2的加成形成HFeCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.H-H键的活化在五重态上是不可逆的,反应将最终形成五重态产物,整个反应可放出能量300.6kJ/mol.     

N-M(Cd,Mg)共掺闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 分别研究了N掺杂和N-M(Cd, Mg)共掺(9, 0)型闭口氧化锌纳米管(ZnONT)的几何结构和场发射性能.结果表明: N原子能够提高体系帽端结构的稳定性; 随外加电场增强, 体系的态密度向低能方向移动, 最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙及有效功函数变小, 电荷向帽端聚集程度愈高. 体系态密度/局域态密度, HOMO/LUMO, 能隙及Mulliken电荷分析一致表明, N-Cd共掺可提高ZnONT的场发射性能, N-Mg共掺反而抑制其电子发射. 关键词： 第一性原理 ZnO纳米管 场发射 共掺杂     

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)。     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2)CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4 kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行.H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol.     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD（T）在相同水平下对各驻点进行了单点能校正。结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2) CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应。其中CH4的消除为整个反应的速控步骤。反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行。H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol。     

CH2F自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311 G(d,p)基组水平上研究了CH2F自由基与HNCO的微观反应机理,优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过振动分析验证了所有可能的过渡态;并且还在QCISD(T)/6- 311 G**//B3LYP/6-311 G(d,p)机组水平上计算了相应单点能．找到了CH2F自由基与HNCO反应的7条可行的反应通道,对结果的分析表明,CH2F HNCO→TS8→IM5→TS9→IM4通道的控制步骤活化能最低,是该反应的主要通道．     

利用STM和CV方法测定有机发光材料的能带参数

利用扫描隧道显微镜/扫描隧道谱(STM/STS)的技术,研究了有机发光材料Alq₃、DPN-2CN和DNP-2CN的表面电子结构。将材料DPN-2CN和DNP-2CN的表面电子结构与Alq₃的表面电子结构进行对比,判定了DPN-2CN和DNP-2CN的最低空轨道(LUMO)能级。通过电化学循环伏安(CV)法,对DPN-2CN和DNP-2CN的LUMO能级和最高占有轨道(HOMO)能级进行了表征。两种测试方法所得到的LUMO能级参数基本一致。     

Matlab编程的Hückel分子轨道法计算研究掺杂纳米碳管的化学反应性（英文）

使用Matlab自编简单Hückel分子轨道法(SHMO)计算程序,分析空位、Stone-Wales缺陷位、N和B原子掺杂的CNT(5,5)碳纳米管,计算π电子密度和前线分子轨道(HOMO和LUMO)为研究掺杂相对碳纳米管的化学反应性提供依据.具有不同电特性的掺杂相打破了碳纳米管的π电子、HOMO和LUMO的均衡分布.掺杂相和/或邻近的碳原子为HOMO或LUMO贡献了较其它原子更大的轨道系数,在不同的化学反应中表现出良好的亲核性或亲电性.此外,HOMO-LUMO能量差很好地反映了掺杂纳米碳管的导电性.计算结果与已报道的实验和理论结果吻合良好.     

Fe(5D/3D)+CH2(1A1)→FeC+H2的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311 G(2d,2p)水平上研究了五重态和三重态的Fe与单重态CH2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在三重态和五重态上的势能面非常相似,都经过两个过渡态(TS1、TS2)和三个中间体(FeCH2、HFeCH、H2FeC),五重态和三重态势能面在形成中间体FeCH2前发生交叉,整个反应沿三重态路径进行,最后得到三重态的FeC和H2.该反应是一个四步反应,其中由HFeCH到H2FeC的反应步骤为整个反应的速率控制步骤,反应的活化能为176.3 kJ/mol.     

FC(O)O自由基与NO反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上研究了FC(O)O自由基与NO反应的微观机理,全参数优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,在CCSD(T)水平上计算了它们的能量,振动分析结果证实了中间体和过渡态的真实性,从对FC(O)O与NO的反应机理的研究结果看,FC(O)O与NO反应为4条反应通道多步反应过程,其反应的主要通道是FC(O)O+NO→M3→TS6→M5→FNO+CO₂,其主要产物是自由基FNO和CO_{2关键词： 密度泛函理论 反应机理 反应通道}     

CF2自由基与HNCO反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP 方法研究了CF2 自由基与HNCO 的反应机理, 并在B3LYP/6-311＋＋G**水平上对反应物、中间体、过渡态进行了全几何参数优化, 通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)确定了中间体和过渡态.为了得到更精确的能量值, 又用CCSD(T)/6-311＋＋G**方法计算了在B3LYP/6-311＋＋G**水平优化后的各个驻点的相对能量. 根据统计热力学及用Winger校正的Eyring过渡态理论,利用自编程序,计算不同温度下低势垒反应的平衡常数和速率常数.计算结果表明单重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有四条反应通道, 三重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有两条反应通道.其中单重态反应通道CF2＋HNCO→1IM1→1TS1→1IM2→1TS2→1IM3→CF2NH＋CO(P1)为主反应通道.三重态反应通道CF2＋HNCO→36IM1→36TS1→36IM2→HCF2+NCO(3P5)为主反应通道.     

CF2自由基与HNCO反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP 方法研究了CF2 自由基与HNCO 的反应机理, 并在B3LYP/6-311＋＋G**水平上对反应物、中间体、过渡态进行了全几何参数优化, 通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)确定了中间体和过渡态.为了得到更精确的能量值, 又用CCSD(T)/6-311＋＋G**方法计算了在B3LYP/6-311＋＋G**水平优化后的各个驻点的相对能量. 根据统计热力学及用Winger校正的Eyring过渡态理论,利用自编程序,计算不同温度下低势垒反应的平衡常数和速率常数.计算结果表明单重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有四条反应通道, 三重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有两条反应通道.其中单重态反应通道CF2＋HNCO→1IM1→1TS1→1IM2→1TS2→1IM3→CF2NH＋CO(P1)为主反应通道.三重态反应通道CF2＋HNCO→36IM1→36TS1→36IM2→HCF2+NCO(3P5)为主反应通道.     

CH3CH2+N(4S)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对CH3CH2+N(4S)反应进行了理论研究,在MP2/6-311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率,并在QCISD(T)/6-311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明,CH2CH2+3NH和H2CN+CH3是此反应主要产物,CH3CHN+H是此反应次要产物.产物CH2CH2+3NH主要来自直接氢抽提反应通道,H2CN+CH3来自加成-解离反应通道,CH3CHN+H来自加成-解离反应通道.