水和甲醇混合溶剂氢键相互作用及对高分子链溶解能力的理论研究

用密度泛函理论对水和甲醇混合溶剂体系的氢键结构进行了详细研究.通过构象和频率分析发现在水团簇中五聚体和六聚体环状结构最为稳定,同时发现一个全新的特征,即甲醇分子能与水五聚体和六聚体形成双氢键.根据各相互作用的稳定化能,分析了水和甲醇混合溶剂对PNIPAM溶解能力的影响,并对实验现象给予了合理解释.     

固态配位聚合物{[Ag2（bpp）2（H2O）2]（chd）.9H2O}n中之新颖“三叉星”笼状（H2O）5水簇的发现

固态配位聚合物{[Ag2（bpp）2（H2O）2]（chd）.9H2O}n（1）（bpp=1,3-二（4-吡啶基）丙烷、H2chd=1,4-环己烷二羧酸）是通过溶液相超声波合成技术获得的,建立在X射线结构分析技术基础上的结构（单斜晶系C2/c空间群,Z=4;晶胞参数a=30.37（2）？,b=9.271（5）？,c=18.89（1）？;β=128.47o;V=4164（4）？3）展现出该化合物捕捉了一条有趣的、由＂三叉星＂笼状五聚体及D2h构型四聚体水簇交替构成的一维水带,该化合物之所以新奇在于其代表了被认为是不太稳定的笼状水五聚体团簇的晶体学范例.第一性原理的密度涵理论（DFT）计算表明,笼状五聚体及D2h构型四聚体水簇的相互连接对于此类欠稳定水簇的稳定性是有益的.     

铜簇Cun-和羰基铜簇CunCO-(n=2～7)的结构与光谱性质的密度泛函理论研究

应用相对论有效核势密度泛函理论计算方法研究了Cun-和CunCO-簇的平衡几何构型、稳定性、主要碎片化模式、CO吸附能及其团簇的光谱性质.计算结果表明,奇数簇Cun-的电离势比其相邻偶数簇Cun-的电离势大;奇数的Cu5CO-簇有最大的CO解离能.奇数铜簇阴离子相对较高的稳定性与近似浆汁模型的8电子电子闭壳层效应一致.计算得到的Cun-簇碎片化能量表明,较小Cun-的优势解离通道与其包含Cu原子数目的奇偶性有关,偶数的Cun-簇主要解离为Cu原子和Cun-1-,而奇数Cun-簇易以解离成铜的二聚物Cu2和Cun-2-.基于密度泛函理论计算,讨论了这些簇的静态极化率和CO吸附性质与簇大小的关系.     

水团簇构象稳定性起源和本质的密度泛函理论与量子分子动力学研究

寻找确定分子体系构象稳定性的关键因素是至关重要的, 但即使对最简单的分子, 其稳定性的起源和本质仍存在很大的争议. 本文以水团簇为例, 采用量子分子动力学产生185个八聚水分子团簇模型, 并运用基于密度泛函理论的两个能量分解方法寻找其稳定性的决定因素. 我们发现不同水团簇的稳定性与其立体排斥能和交换相关能成良好的线性关系.本文还采用双变量模型模拟水团簇的稳定性, 取得了更好的结果(相关系数大于0.99). 本工作对揭示包括水分子团簇在内的通过弱相互作用组成的分子络合物的稳定性起源和本质提供了有益启示.     

氟化钾团簇的相变、成核和重结晶的分子动力学模拟

我们利用Born-Mayer-Huggins相互作用势函数对(KF)_N(N=108，256，500和864)团簇进行了分子动力学(MD)模拟。为了避免周期性边界条件对相变、成核和重结晶的干扰作用，对体系采用了自由边界。基于MD模拟结果，对团簇的熔化温度、熔化焓、扩散系数、成核速率、固液界面自由能、临界核大小等进行了计算和讨论。在对(KF)₈₆₄双晶团簇的热退火模拟中，观察到了固态的重结晶和晶粒的生长。经典的成核理论成功地解释了(KF)₈₆₄双晶团簇的重结晶MD模拟结果。     

Structure and Stability of TiB_n （n=1—12） Clusters： An ab initio Investigation

基于密度泛函理论中的BPBE方法和从头算的CCSD（T）方法,充分考虑自旋多重度,优化并得到了TiBn（n=1～12）团簇的稳定构型.二次差分能量分析表明n=2,8,10的团簇为幻数团簇.值得注意的是,电子相关效应对TiBn团簇的相对能量有重要影响.密度泛函理论方法得到n=3,7,10团簇为幻数团簇.对垂直电离势、垂直电子亲合势和化学硬度的分析表明,除TiB8外,n为偶数的团簇有较小的电子亲合势和较大的电离势,从反应性上来说,更稳定一些.     

单分散的还原态和中间氧化态聚苯胺齐聚物的合成与紫外光谱研究

提出了一条合成苯胺齐聚物的新路线:由高氧化态的苯胺四聚体与二苯胺或N-苯基-1,4-对苯二胺反应合成苯基封端的苯胺五聚体和六聚体,用红外、质谱、核磁共振、基底辅助激光解吸质谱(MALDI-MS)进行了表征.提出一条可能的机理,即高氧化态的苯胺四聚体与二苯胺或N-苯基-1,4-对苯二胺在酸性溶液中混合时,四聚体、二苯胺和N-苯基-1,4-对苯二胺的分子中均形成阳离子自由基,四聚体的阳离子自由基与后二者的阳离子自由基耦合形成苯胺五聚体和六聚体.还原态的苯胺齐聚物氧化成中间氧化态的苯胺齐聚物,使用硫酸铵和六水和三氯化铁等氧化剂能打断苯胺五聚体和六聚体的分子链.实验发现,氧化银是将还原态苯胺齐聚物氧化成中间氧化态的齐聚物的最好的氧化剂.用紫外可见光谱对中间氧化态的五聚体和六聚体进行了研究,对其分子中醌环的数目进行了讨论.     

Molecular Dynamics Studies of Solid-Liquid Phase Transitions Ⅱ——Homogeneous Nucleation of (KI)_(108) Clusters

在一系列分子动力学计算中，（ＫＩ）１０８离子簇冷却时自发地由液相变为立方面心相．在３５０Ｋ和４００Ｋ的成核速率大于１０３６核／ｍ３·ｓ．由成核速率得到的固－液界面自由能约为５０ｍＪ／ｍ２．     

Aun (n＝2～20)团簇的遗传算法和密度泛函方法研究

在遗传算法和Gupta多体势系统地搜索金属团簇初始结构基础上, 应用密度泛函理论和基于局域密度近似 (LDA)或广义梯度近似(GGA)的超软赝势和投影扩充波(PAW)方法分别系统地研究了金属团簇Au_n (n≤20)的最稳定构型和电子性质. 发现LDA或GGA近似下, 最稳定构型存在一定的差异: LDA方法中, Au团簇最稳定构型从Au₇ 处就发生了从二维结构向三维结构的转化, 而GGA近似下Au₁₃的最稳定异构体仍然保持平面构型. 计算结果表明, 平均最近邻距、平均配位数和结合能随着尺寸的增大呈递增趋势, 而二阶差分能、费米能级、HOMO-LUMO能隙、垂直电离势和电子亲和势出现了明显的奇偶交替现象. 其结果丰富了目前对金团簇的理论和实验的研究.     

NCS自由基与NO反应动力学的理论研究

用量子化学密度泛函理论B3LYP/6-31+G^*和高级电子相关校正的偶合簇[CCSD(T)/6-311+G^*]方法,对NCS自由基与NO反应的机理和动力学进行了理论研究,得到了体系的势能面信息和可能的反应机理.计算了反应的热力学参数及反应能垒.采用传统过渡态理论计算了各反应通道的速率常数.研究结果表明,NCS自由基与NO反应中存在4个反应通道,产物分别为OCS+N₂,CS+N₂O,ONS+CN和ONCNS.从能量变化和反应速率两方面考虑,NCS+NOOCS+N₂应为主反应通道.     

用密度梯度理论研究缔合流体的汽液成核性质

在密度梯度展开的基础上,将影响参数k 表达成温度的函数,建立了一个适用于均相和非均相缔合流体的状态方程。应用流体的蒸汽压和液相密度实验数据关联分子参数。在密度梯度理论的框架下,计算了水,重水,甲醇,乙醇,正丙醇,正丁醇,正戊醇和正己醇的成核速率并与实验数据进行了对比,计算结果令人满意。结果表明,密度梯度理论与密度泛函理论一样,可研究液核的结构和性质,但通过调整影响参数k, 可获得更为准确的成核速率。     

钯团簇形成和增长机理的Monte Carlo研究

利用Monte Carlo（MC）方法和Lennard-Jones加Axilord-Teller （LJ＋AT）势能函数,研究了气相中钯团簇的形成过程和增长机理.发现具有二十面体结构的Pd13团簇可以在气相中自发形成,较大的团簇通过在Pd13二十面体结构的表面添加原子组成四面体的方式形成.通过分析团簇结构和能量之间的关系,发现除了Pd13和Pd55以外,Pd19和Pd39团簇也具有五次对称性,都是比较稳定的结构.     

溶液中类锗烯H2GeClMgCl的结构与异构化反应

用密度泛函理论(DFT)和QCISD(quadratic configuration interaction with single and double excitations)方法研究了类锗烯H2GeClMgCl在气相和五种溶剂中的构型与异构化反应. 结果表明, 类锗烯H2GeClMgCl有三种平衡构型. 其中p-配合物型构型能量最低, 是其存在的主要构型. 讨论了溶剂效应对结构、能量与异构化反应的影响. 计算模拟了最稳定构型的红外光谱.     

溶液中类锗烯H2GeClMgCl的结构与异构化反应

用密度泛函理论(DFF)和 QCISD (quadratic configuration interaction with single and double excitations)方法研究了类锗烯 H2CeCMgCl在气相和五种溶剂中的构型与异构化反应.结果表明,类锗烯 H2GeClMgCl有三种平衡构型.其中p-配合物型构型能量最低,是其存在的主要构型.讨论了溶剂效应对结构、能量与异构化反应的影响.计算模拟了最稳定构型的红外光谱.     

缔合流体中胶体粒子间耗尽势的密度泛函理论研究

本文基于Roth、Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了缔合流体中胶体粒子间的耗尽势. 通过计算在不同条件下两个胶体粒子间的耗尽势, 进一步分析了缔合流体中相关因素对耗尽势的影响. 结果表明, 溶剂分子的体相密度、胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、溶剂分子的官能度和缔合强度以及胶体粒子与溶剂分子之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响.     

水团簇(H2O)n中多体作用强度与水分子间距的关系

使用高精度从头算方法(含基组重叠误差校正)计算了水团簇(H₂O)_n (n = 8, 10, 16, 20, 22, 24)中的所有二体、三体和四体作用能,分析了水团簇中的多体效应.研究表明,二体作用对体系总作用能的贡献高达70%以上,三体作用对总作用能的贡献可高达25%,四体作用在总作用能中所占比例不超过3%,五体及以上多体作用能在总作用能中所占比例更小,不超过0.5%.本文研究还表明,两个水分子间距小于0.68 nm的二体作用、三个和四个水分子中最近的两个水分子间距小于0.31 nm的三体和四体作用对体系总作用能的贡献高达99.4%.因此,以生物体系为对象的分子模拟方法应该具备准确地模拟两个水分子间距小于0.68 nm的二体作用、三个和四个水分子中最近的两个分子间距小于0.31 nm的三体和四体作用的能力.     

固液相变的分子动力学研究Ⅰ─—(KI)_(108)离子簇的熔化和凝固(英)

通过分子动力学模拟，考查并分析了（KI）108离子簇的结构、能量和相变的动力学行为．在加热和冷却过程中，离子簇再现了熔化和凝固现象，而且熔化起始于立方体的其一顶点，熔化的离子簇不是球形的，说明了离子簇的非湿特征．根据结晶的成核速率，讨论了电子衍射实验中观察KI凝固的可能性     

锂原子簇结构的分子力学研究

本文采用包含Axilord—Teller三体势的分子力学方法,计算了锂原子簇的平衡几何构型,结果表明,锂原子簇的势能面上存在一些近简并的结构。但最稳定结构与从头算的结果基本一致,同时对气相原子簇的生长模式、簇尺寸增大原子簇平均结合能的变化进行了讨论。     

气相中原子分子成簇动力学Ⅰ.动力学的基本模型

提出了气相原子、分子碰撞形成团簇的动力学一般模型，认为具有特定组份单元的粒子经碰撞后可任意组合成团簇．各缔合速率常数随团簇的尺寸和结构特征而变化．团簇的热解离速率主要取决于断键数．因此裂解出小碎片的几率较大．将上述模型用动力学方程表示，可计算在不同时刻的团簇尺寸分布．最后分析了激光烧蚀、电弧放电等几种形成团簇方法的具体条件．     

可快速计算水团簇三体作用强度的新方法

将水分子视为由2个O—H键偶极构成, 再将水分子间的三体作用视为长程诱导作用和短程校正之和, 使用Thole模型计算长程诱导作用, 通过同时考虑不同水分子间的置换和同一个水分子中2个键偶极间的置换计算短程校正, 从而提出了一个可快速计算水团簇三体作用强度的新方法. 根据已报道的12347个水三聚体的结构和CCSD(T)三体作用能, 确定了该方法所需参数. 将该方法和所确定的参数应用于67个水团簇体系, 计算这些体系的三体作用能, 并与CCSD(T), MP2, M06-2X方法的计算结果进行比较. 结果表明, 相对于CCSD(T)方法的总三体作用能, 本文方法的均方根偏差(RMSD)仅为3.32 kJ/mol, 平均相对偏差(MRD)仅为2.43%; 对较大水团簇体系, 该方法计算精度稍优于MP2方法, 明显优于M06-2X方法, 并且更快捷高效.