基于溴取代基的多溴联苯醚同系物红外光谱特征振动辨识研究

借助密度泛函理论采用B3LYP/6-31G(d)方法对209种多溴联苯醚(PBDEs)同系物进行了结构优化和频率计算,利用已知的PBDEs结构和频率参数值对计算结果进行验证,平均模拟系数为0.989。 在此基础上,选取苯环上只有H原子或Br取代基且红外光谱各振动形式间干扰较少的二苯醚和BDE-209为代表,分别对PBDEs的苯环振动和C—Br振动进行归属。研究发现苯环三角呼吸振动具有普遍性、 强振动性和可区分性,而红外光谱中C—Br振动常与其他振动形式相耦合不易区分,故选取苯环三角呼吸振动作为PBDEs同系物的特征振动,以分析其振动频率与溴取代基之间的规律。 研究结果表明：邻对位取代基可显著提高苯环三角呼吸振动频率,间位取代基作用相反;低溴代物中邻位取代基越多特征振动频率越高,而高溴代物中同时存在邻对位取代基的同系物频率较高;取代类型相同时,位于同一苯环取代基数越多的同系物振动频率较高。 利用SVM回归模型对溴取代基与苯环三角呼吸振动频率间变化规律进行模拟,所建模型的模拟效率系数为0.956,说明所建分析方法可为红外光谱检测和辨别PBDEs同系物提供一定的理论基础。     

基于含时密度泛函理论的对位卤代二苯醚电子跃迁机理

以二苯醚（DE）为参照物,借助Gaussian软件的量子化学计算并结合自然键理论与跃迁密度矩阵平面图对9种对位卤代二苯醚的基态分子活性、紫外光谱及基态-激发态电子跃迁机理进行了对比分析。研究结果表明：处于基态时的DE与4,4’-二氯二苯醚（CDE-15）分别最易发生亲电/核反应,对位卤代基的引入缩小了DE的能级差。随着取代基体积的增大,对位取代二苯醚紫外光谱的最大吸收波长变大,吸收增强。所研究的10种物质有着相似的跃迁机理。     

红外光谱中取代基对苯环骨架振动吸收峰的影响规律

本文初步地探讨了单取代及对位双取代对苯环骨架振动吸收峰频率和强度的影响规律 ,得出结论 :1给电子单取代基随给电子能力增强使苯环骨架振动吸收峰 16 0 0 cm-1增强 ,而吸电子基则相反。 2卤素作为单取代基时 ,使苯环骨架伸缩振动产生强红外吸收峰 ;且随卤素电负性增强吸收峰频率向高波数移动。 3对位取代基为不同类型时 ,16 0 0 cm-1处显强峰 ,而为同一类型时 ,当电子效应相近或相同时 ,16 0 0 cm-1处吸收峰很弱或根本无吸收峰。并讨论了产生这些现象的原因。     

氯代5-氟脲嘧啶卟啉的红外光谱特性的研究

本文对新合成的对位及间位两类氯代苯基 5 氟脲嘧啶卟啉的红外光谱吸收峰进行了归属和总结 ,讨论了其红外吸收频率随取代基位置变化的规律。指出了苯环上的取代基为电负性强的基团时 ,由于场效应的存在 ,使被测化合物的羰基伸缩振动吸收峰的相对强度发生改变。同时 ,表明了嘧啶环上N原子发生了取代 ,形成单、双取代 5 氟脲嘧啶卟啉化合物的红外光谱特性。     

分子振光谱中的吸电子效应和供电子效应

本文就分子振动光谱中的吸电子效应和供电子效应提出了新观点：对共价键来说，吸电子效应使化学键强度增加，因而伸缩振动频率升高；供电子效应使供价键强度减弱，因而伸缩振动频率降低。对于配价键而言，如果取代基和配价键中提供电子对的原子相连，则供电子取代基使配价键加强，因而配价键的伸缩振动频率升高；吸电子取代基使配价键减弱，因而其伸缩振动频率降低。如果取代基和配价键中的受电子原子相连，则取代基的电子效应正好相     

卤素驱动石墨二炔带隙的打开以实现光催化全解水

本文通过杂化密度泛函理论研究了卤素(F、Cl和Br)功能化的石墨二炔的能带结构. 结果表明修饰的石墨二炔的带隙能随着卤素原子对的增加而增加;同时,价带顶的位置受卤素原子电负性大小的影响：当石墨二炔表面的卤素原子数目相同时,卤素原子的电负性越大,改性后石墨二炔的价带顶的位置越深. 另外,计算结果表明石墨二炔的带隙可以通过不同卤素原子的适当混合修饰来有效调节,不同卤素原子混合修饰的石墨二炔的价带底和导带顶跨越了水的氧化还原电位. 通过热力学分析进一步证明,不同卤素原子混合修饰的石墨二炔比单一卤素修饰的石墨二炔表现出更好的光催化水全解反应活性. 这项工作对于如何设计更高效的全解水光催化剂提供了洞见.     

(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的电负性原理研究

采用电负性原理,构建合理的红外光谱模型,对TiO2红外光谱的振动频率与元素电负性之间的各种经验关系进行探究.采用溶胶-凝胶法制备(Fe,N)共掺杂TiO2,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)对样品的物相和红外光谱进行了表征.XRD物相分析表明当煅烧温度为600 ℃时,TiO2样品中的无定形结构己基本转化为锐钛矿型结构.随着煅烧温度升高,TiO2的X射线衍射峰逐渐由宽变窄,衍射强度由弱变强.当煅烧温度为700 ℃时,锐钛矿型的衍射峰基本消失,取而代之的是金红石相的衍射峰,但TiO2的主晶相并没有发生改变.红外光谱分析表明(Fe,N)共掺杂TiO2在650~500 cm-1区间有一个较宽的吸收峰.电负性模拟计算了(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的伸缩振动频率,获得了Fe、N掺杂的位置、分子结构和键价特征:首先计算出约化质量μ,然后按照经典力学伸缩力常数k与频率V之间满足的关系,结合力常数与电负性关系、键级的计算方法,计算了基本单元都是氧八面体的掺杂金红石、锐钛矿TiO2的分子振动频率.结果表明:通过电负性理论计算的(Fe,N)共掺杂的TiO2的红外光谱与实验测量的红外光谱的伸缩振动频率比较吻合.     

卤素驱动石墨二炔带隙的打开以实现光催化全解水（英文）

本文通过杂化密度泛函理论研究了卤素(F、Cl和Br)功能化的石墨二炔的能带结构.结果表明修饰的石墨二炔的带隙能随着卤素原子对的增加而增加;同时,价带顶的位置受卤素原子电负性大小的影响;当石墨二炔表面的卤素原子数目相同时,卤素原子的电负性越大,改性后石墨二炔的价带顶的位置越深.另外,计算结果表明石墨二炔的带隙可以通过不同卤素原子的适当混合修饰来有效调节,不同卤素原子混合修饰的石墨二炔的价带底和导带顶跨越了水的氧化还原电位.通过热力学分析进一步证明,不同卤素原子混合修饰的石墨二炔比单一卤素修饰的石墨二炔表现出更好的光催化水全解反应活性.这项工作对于如何设计更高效的全解水光催化剂提供了洞见.     

(Fe,N)共掺杂TiO_2红外光谱的电负性原理研究（英文）

采用电负性原理,构建合理的红外光谱模型,对TiO_2红外光谱的振动频率与元素电负性之间的各种经验关系进行探究。采用溶胶-凝胶法制备(Fe,N)共掺杂TiO_2,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)对样品的物相和红外光谱进行了表征。XRD物相分析表明当煅烧温度为600℃时,TiO_2样品中的无定形结构己基本转化为锐钛矿型结构。随着煅烧温度升高,TiO_2的X射线衍射峰逐渐由宽变窄,衍射强度由弱变强。当煅烧温度为700℃时,锐钛矿型的衍射峰基本消失,取而代之的是金红石相的衍射峰,但TiO_2的主晶相并没有发生改变。红外光谱分析表明(Fe,N)共掺杂TiO_2在650~500cm-1区间有一个较宽的吸收峰。电负性模拟计算了(Fe,N)共掺杂TiO_2红外光谱的伸缩振动频率,获得了Fe、N掺杂的位置、分子结构和键价特征:首先计算出约化质量μ,然后按照经典力学伸缩力常数k与频率ν之间满足的关系,结合力常数与电负性关系、键级的计算方法,计算了基本单元都是氧八面体的掺杂金红石、锐钛矿TiO_2的分子振动频率。结果表明:通过电负性理论计算的(Fe,N)共掺杂的TiO_2的红外光谱与实验测量的红外光谱的伸缩振动频率比较吻合。     

卤代甲烷核磁共振谱化学位移的QSSR研究

利用描述电子效应的诱导效应指数（ΣI）、原子的平衡电负性（X_E）和反映核外电子云变形程度的总电子数（Σ_e）、各取代基到中心原子的化学键键长总和（Σ_d）以及各取代基电负性的和差值（ΔX）等参数对45个卤代甲烷化合物中的碳原子结构进行表征,并与其¹³C NMR谱化学位移建立了优良的定量结构-波谱关系模型：δ_Ｃ＝ -7403.8022-47.1765ΣI＋4290.0270X_E－3.3067ΔX－163.4672Σd－4.5153Σe＋22.9851Σe／Σd＋15.2597Σe／X_E－890.2521Σd／X_E．所建多元线性回归方程复相关系数R²及留一法（leave-one-out,LOO）交互验证（cross validation, CV）的复相关系数R²_CV分别为0.09951和0.9950．结果表明所建模型不仅能比现有文献更好地揭示卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移与其分子结构信息之间的关系,同时也提供一种计算卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移的新方法．     

Mechanism of the toxicological interactions of decabrominated diphenyl ether with hemoglobin

Polybrominated diphenyl ethers are vital flame retardants in production and human life and they are widespread global organic pollutants in the environment and likewise in food and feed, causing a potential health concern. Hemoglobin is the main protein in the blood, which is a carrier of oxygen in red blood cells. This work aimed at investigating the toxic interactions of polybrominated diphenyl ethers with hemoglobin, by molecular modeling and spectroscopic analysis methods. Decabrominated diphenyl ether and bovine hemoglobin were selected as representatives for polybrominated diphenyl ethers and hemoglobin, respectively. The experimental results indicated that decabrominated diphenyl ether changed the frames’ conformation and the microenvironment of bovine hemoglobin, which can affect the physiological function of the protein. Decabrominated diphenyl ether combined with bovine hemoglobin with the average number of binding sites (0.7) to form bovine hemoglobin–decabrominated diphenyl ether complex. The binding constant was 860.95?L mol^?1. In addition, the molecular docking data revealed that the van der Waals forces played the primary role in the interaction between bovine hemoglobin and decabrominated diphenyl ether. The study provides insight into the molecular toxicity mechanism of decabrominated diphenyl ether during the blood transportation in vivo.     

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.     

非晶态石英的变电荷分子动力学模拟

基于迭代变电荷方法,用分子动力学模拟了非晶态石英的结构与振动特征.首先利用熔化-猝火方法得到了非晶石英的平衡结构.在此基础上获得了体系不同原子对之间的对关联函数、键角分布函数和振动频谱等,结果与实验数据均符合较好.变电荷方法的计算结果表明,非晶石英体系内粒子的电荷与石英晶体内粒子电荷显著不同,并且出现了较大的涨落. 关键词： 分子动力学 变电荷 非晶石英     

基于密度泛函理论的肾上腺素分子的光谱分析

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论（DFT）,利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G（d,p）基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）的PBE方法在def2tzvp基组水平上计算肾上腺素分子在气相中的前20个激发态,利用Multiwfn3.7（dev）软件绘制出其紫外光谱图并对激发性质进行分析。肾上腺素分子紫外光谱对应的主要跃迁是从基态分别到第1,2,4,8,15和16激发态的跃迁,其他的激发态的振子强度低于阈值0.03。理论计算得出肾上腺素的紫外光谱有两个吸收峰,分别位于206.23和273.92 nm,206.23 nm峰主要由基态跃迁到第16激发态形成,273.92 nm峰主要是基态跃迁到第2、4激发态形成,主要是由苯环上π→π*跃迁所产生,并与实验光谱吻合较好。对肾上腺素分子的激发态性质分析可知,上述吸收峰都是在最高占据轨道和最低空轨道的临近轨道跃迁产生的。利用密度泛函的PBE方法在6-311G（d, p）的基组水平上计算肾上腺素分子频率并绘制红外光谱,由振动分析可知,3 738和3 662 cm-1峰是由酚羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,3 715 cm-1峰是由醇羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,2 854 cm-1峰是由甲基的C18-H20键的伸缩振动产生的特征吸收峰,1 516和1 439 cm-1峰是苯环骨架的伸缩振动的特征吸收峰,1 279与1 057 cm-1峰分别是由C6-O10和C12-O23键伸缩振动产生的特征吸收峰,620 cm-1峰是N22-H17键摇摆振动的特征吸收峰。对比肾上腺素的实验红外光谱,发现理论光谱与实验光谱中各基团的特征吸收峰都较为明显且总体吻合较好。由于肾上腺素分子二聚体和多聚体之间形成氢键,分子间氢键的形成削弱了O-H键的强度,降低了能形成分子间氢键的羟基O-H的伸缩振动频率,从而导致实验光谱在3 500～2 500 cm-1之间呈现出一个宽峰。     

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.     

外电场下PbO作硫化剂交联聚乙烯分子结构及特性

本文研究外加电场对离子交联聚乙烯的微观结构和能量特性的影响,使用分子模拟法建立PbO作硫化剂的交联聚乙烯分子模型,通过半经验法对模型进行几何优化同时施加沿X轴方向的外电场,计算离子交联聚乙烯的分子总能量、偶极矩、极化率、分子轨道能量、能隙、红外光谱、电荷分布并进行分析.得出结论:随着外加电场的上升,交联聚乙烯分子结构会发生变化,当外加电场过大时本文所建交联聚乙烯分子离子盐桥的S-Pb-S键将会发生断裂形成自由基.外加电场会使分子内部的电荷从交联聚乙烯碳链端部向离子盐桥转移,盐桥处Pb原子电荷量不断积累,到达临界点时将会断裂形成电荷量较大的Pb自由基,在外加电场的作用下进一步影响交联聚乙烯分子的稳定性导致其性能下降,研究结果对交联聚乙烯的电树枝老化生成提供参考.     

Applicability of the polyimide films as an SSNTD material

Track registration properties in polyimide films, KAPTON, for heavy ions have been examined by means of FT-IR spectrometry and the chemical etching in sodium hypochlorite solution. The effective track core size for the loss of CO and C–N–C composing imide bonds, and diphenyl ethers of C–O–C have been evaluated under the irradiations by Ne, Fe and Xe ions at energies less than 6 MeV/n. On the other hand, the etching property of the polyimide films has been examined in the sodium hypochlorite solution at temperature of 55 °C. Before the etchings, the films were exposed to H, C, Ne, Fe and Xe ions, at incident energies below 6 MeV/n. The etch pits are found only on the films exposed to Fe and Xe ions, indicating significant difference on the etch pit size between them. This implies that the polyimide film has charge or energy resolution for these relatively heavy ions. The threshold level of the etchable track registration is inferred to be around 2500 keV/μm. The effective track core radius at this stopping power for the loss of diphenyl ether is 1.6 nm, which is equivalent to the length between the adjacent diphenyl ether bonds in the polyimide chains. Breakings at two adjacent diphenyl ethers in radial direction of latent tracks may produce etchable tracks in KAPTON.