黄金规则用于N_3~- N_3体系电子转移的研究

基于 B3P86/6 311＋ G优化的 N3与 N－ 3分子几何 ,确定了 N3＋ N－ 3基态电子转移体系的六种不同的耦合机理 ,及各种形式耦合络合物的几何性质、活化能、稳定化能、耦合矩阵元和态密度 ,并利用黄金规则计算了电子转移速率 ,讨论了各耦合方式对电子转移速率的影响 .     

NH_3/NH_3~+体系电子转移性的黄金规则研究

用密度泛函理论(BEP86, B3LYP)在6-31G~*, 6-311+G~*基组水平上和从头算方 法[MP2(FULL)/6-311+G~*]优化了NH_3和NH_3~+以及复合物(NH_3…NH_3)~*的几何 构型，计算了体系稳定化能，然后用MP2（FULL）／6－311＋G”＊方法扫描势有面 找出不同N－N接触距离的活化志体系的能量、活化能、耦合矩阵元，利用黄金规则 计算出不同的N－N接触距离的电子转移速率。并讨论了活化态体系的能量、活化能 、耦合矩辄元和Franck-Condon因子及电子转移速率与接触距离的依赖关系。进一 步验证了黄金规则应用于电子转移反应的正确性。     

氮氧自由基研究（ⅩⅩⅢ）——哌啶氮氧自由基及其氧铵盐与N，N，N′，N′—

ESR波谱和流动－停止UV动力学研究表明，水溶液中2，2，6，6－四甲基－4－羟基哌啶－1－氧自由基1和相应氧铵溴盐2均可将N，N，N′，N′－四甲基对苯二胺（TMPD）氧化为相应自由基正离子TMPD^＋，2还能将TMPD^＋进一步氧化为二价正离子TMPD^2＋。TMPD^＋可发生可逆歧化，其稳定性强烈受介质酸碱性的影响，利用计算机对动力学曲线的模拟测得上述有关反应的速率常数，并讨论了反应机理。     

不同亲水性探针分子在金电极上硫醇自组装跨膜动力学研究

采用扫描电化学显微镜测定了不同亲水性氧化还原电对在硫醇修饰的金电极表面上的异相电子转移速率常数. 分别选择铁氰化钾[K3Fe(CN)6]和N,N,N',N'-四甲基-1,4苯二胺(TMPD)作为氧化还原探针,根据得到的反馈曲线拟合出异相电子转移速率常数. 比较这些速率常数可以看出, 修饰层对疏水性的TMPD分子显示出更好的穿透性. 通过一个简单的模型可以解释TMPD的穿透过程, 在TMPD电子隧穿的前后存在着单层膜和水溶液间的快速平衡, 而隧穿作为决速步骤, 其表观速率常数也比K3Fe(CN)6的大. 通过计算得到TMPD的隧穿因子β为1.2/CH2.     

水分子在均三嗪基g-C3N4上的吸附

气体分子与光催化剂之间的相互作用对于光催化反应的触发非常重要.对于TiO2,ZnO和WO3等传统金属氧化物光催化剂上的水分解反应而言,已有许多报道研究了水分子在它们表面的吸附行为.结果表明,水分子与催化剂表面的原子形成了O-H…O氢键.石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光响应且化学性质稳定的光催化剂,对其进行修饰以增强其分解水产氢性能的研究非常多.本文通过密度泛函理论计算,全面研究了水分子在均三嗪(s-triazine)基g-C3N4上的吸附情况.首先构建了一系列初始吸附模型,考察了各种吸附位和水分子的朝向.通过比较分析计算得到的吸附能,确定了一种最优的吸附构型,即水分子以竖直的朝向吸附于褶皱的单层g-C3N4表面.水分子中的一个极性O-H键与g-C3N4中一个二配位富电子的氮原子结合形成了分子间的O-H…N氢键.其中,H原子与N原子的间距为1.92?,O-H键的键长由0.976?增至0.994?.进一步通过计算Mulliken电荷,态密度和静电势曲线分析了该吸附体系的电子性质.结果发现在分子间氢键的桥接作用下,g-C3N4上的电子转移至水分子,由此导致g-C3N4的费米能级降低,功函数由4.21 eV增至5.30 eV.在该吸附模型的基础上,考查了不同的吸附距离.当水分子与g-C3N4的间距设为1至4?时,几何优化后总是能得到相同的吸附构型,吸附能和氢键长度也十分相近.随后,通过改变吸附基底g-C3N4的大小和形状,验证了这种吸附构型具有很强的重复性.将2′2单层g-C3N4吸附基底替换为2′2多层g-C3N4(2至5层),3′3和4′4单层g-C3N4,以及具有不同管径的单壁g-C3N4纳米管后,水分子的吸附能随着体系原子数的增多而增大,但吸附模型的几何结构和电子性质基本不变,包括O-H…N氢键的形成和键长,以及电子转移和增大的功函数.另外还研究了非金属元素(P,O,S,Se,F,Cl和Br)掺杂对吸附能的影响.构建模型时,杂质原子以取代二配位氮原子的方式进行掺杂,水分子放置于杂质原子上方.结果显示,引入杂质原子后水分子的吸附能增大,在理论上从吸附的角度解释了元素掺杂增强g-C3N4分解水活性.总之,本文揭示了一种在分子间氢键的作用下,具有高取向性的水分子吸附的g-C3N4构型,这有助于g-C3N4基光催化剂上水分解过程的理解和优化设计.     

N-(3-溴丙基)酞酰亚胺合成方法研究

采用相转移催化技术,超声波技术和微波辐射技术等实验手段对N－（3－溴丙基）酞酰亚胺的合成方法进行了研究,根据实验结果,提出了适合不同要求的合成方法。     

Al2O3-B2O3-Eu2O3体系的振动光谱和发光特性

采用高温固相反应法,合成了一系列不同组份的磷光体,测定了它们的振动光谱．结果表明,随着Al／B比的减小,在1100～1000cm－1的区域内的振动光谱没有明显变化,铕离子不可能进入Al18B4O33的晶格中;振动光谱的背底升高,非晶相逐渐增加．研究了Al2O3－B2O3-Eu2O3中Eu3＋离子的光谱特性,发现随着Al／B比的减少,Eu3＋离子的存在相由晶相逐渐向非晶相转化。在非晶相中,Eu3＋离子的声子伴带表明电子与声子的耦合强度随着Al／B比的减少而减小,Eu3＋离子的发射强度相应的增加,这与多声子弛豫的理论一致．     

卟啉修饰g-C3N4提高光催化产氢活性研究

半导体光催化制氢是一种可实现持续制备和储存氢气的绿色技术.石墨相氮化碳(g-C3N4)是研究广泛的光催化剂,但其仍存在光利用率低、光生电子和空穴易复合等问题,制约着光催化产氢的性能.利用给电子卟啉修饰g-C3N4,构建了四(4-羧基)苯基卟啉(TCPP)以共价/非共价方式修饰g-C3N4的催化剂.卟啉共价修饰g-C3N4(gC3N4-TCPP0.1)及非共价复合结构(TCPP0.1/g-C3N4)光催化产氢速率分别为6 997和5 399μmol·g-1·h-1,较g-C3N4分别提高了53%和18%. TCPPx/g-C3N4异质结加强了界面接触,促进了电荷转移,增强了可见光吸收能力,进而提高了光催化制氢性能. g-C3N4-TCPPx中, TCPP的接枝拓展了共轭结构,优化了电子结构,增大了分子偶极,促进了电荷分离,共价桥键为电荷传输提供了通道.     

PuX~ (X=H,O,N,C)的结构与势能函数

用密度泛函B3LYP方法对PuX＋(X=H,O,N,C)分子离子体系进行了理论研究.结果表明,这些分子离子的基态电子状态分别是X 7Σ－(PuH＋)、X 6Σ－(PuO＋)、X 5Σ＋(PuN＋)和X 8Σ－(PuC＋);势能函数为Murrell-Sorbie势函数.并得到了相应的几何性质、力学性质和光谱数据.     

NiS助催化剂的硫调控光沉积合成及其增强g-C3N4的光催化产氢性能

作为一种非金属聚合半导体,石墨相氮化碳(g-C3N4)具有特殊的能带结构、可见光响应能力以及优良的物理化学性质以及生产成本低等特点,因而已成为目前光催化领域的研究热点.然而,由于g-C3N4被光激发的电子与空穴极易复合,导致g-C3N4材料的光催化性能并不理想.而助剂修饰是实现光生载流子有效分离以提高光催化活性的有效途径.众所周知,贵金属Pt可以作为光催化产氢的反应位点,但高昂的成本限制了它的实际应用.所以,开发高效的非贵金属助剂很有必要.近年来,NiS作为优良的电子助剂在光催化领域受到广泛关注.大量研究表明,NiS可以作为g-C3N4的产氢活性位点用于提高其光催化产氢性能.NiS助剂主要是通过水热、煅烧和液相沉淀的方法修饰在g-C3N4的表面上.相较而言,助剂的光沉积方法具有一些独特的优势,例如节能、环保、简易并且能够实现其原位牢固地沉积在光催化剂的表面.然而g-C3N4光生电子和空穴强还原和氧化能力容易导致像Ni^2+的还原和S^2-的氧化等副反应发生,因此NiS助剂很难光沉积在g-C3N4材料表面.本文采用硫调控的光沉积法成功合成了NiS/g-C3N4光催化材料,该法利用g-C3N4在光照条件下产生的光生电子结合S以及Ni^2+生成NiS,然后原位沉积在g-C3N4表面.由于E0(S/NiS)(0.096 V)比E0(Ni^2+/Ni)(-0.23 V)更正,所以NiS优先原位沉积在g-C3N4表面.因此,硫调控的光沉积法促进了NiS的生成,并抑制了金属Ni等副反应的形成.通过X射线光电子能谱分析NiS/g-C3N4的表面化学态,表明该方法能成功地将NiS修饰在g-C3N4的表面,这也得到透射电镜和高分辨透射电镜结果的证实.光催化产氢的结果表明,NiS/g-C3N4光催化剂实现了良好的光催化性能,其最优产氢速率(244μmol h^?1 g^?1)接近于1 wt%Pt/g-C3N4(316μmol h^?1 g^?1).这是因为硫调控的光沉积法实现NiS助剂在g-C3N4表面的修饰,从而促进光生电子与空穴的有效分离,进而提高光催化制氢效率.此外,在该方法中,NiS的形成通常在g-C3N4光生电子的表面传输位点上,因此也能够使NiS提供更多的活性位点以提高界面产氢催化反应速率.电化学表征结果也进一步证明NiS/g-C3N4光催化剂加快了电子与空穴的分离和转移.更重要的是,这种简易且通用的方法还可以实现CoSx,CuSx,AgSx对g-C3N4的助剂修饰,并且都提高了g-C3N4的光催化产氢性能,表明该方法具有一定的普适性,为高效光催化材料的合成提供了新的思路.     

CH3SH与NO2的反应机理及动力学

在G3B3, CCSD(T)/6-311＋＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平上详细研究了CH3SH与基态NO2的微观反应机理. 在B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平得到了反应势能面上所有反应物、过渡态和产物的优化构型, 通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系. 在CCSD(T)/6-311＋＋G(d,p)和G3B3水平计算了各物种的能量, 得到了反应势能面. 利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT), 分别计算了在200～3000 K温度范围内的速率常数kTST, kCVT和kCVT/SCT. 研究结果表明, 该反应体系共存在5个反应通道, 其中N进攻巯基上H原子生成CH3S＋HNO2的通道活化势垒较低, 为主要反应通道. 动力学数据也表明, 该通道在200～3000 K计算温度范围内占绝对优势, 拟合得到的速率常数表达式为k1CVT/SCT＝1.93×10－16T0.21exp(－558.2/T) cm3&;#8226;molecule－1&;#8226;s－1.     

ZnNe低激发态的量子化学研究

用相对论赝势ＣＡＳＳＣＦ／ＣＩ方法,对ＺｎＮｅ的基态和低激发态进行了计算,得出了它们的电子结构,势能曲线及光谱常数。计算结果表明,ＺｎＮｅ的基态分子是范德华分子,它的几个低激发态分子中的主要作用力为范德华力,这些态的分子仍为范德华分子。     

PdH2、YH2分子的结构与势能函数

用密度泛函理论的B3LYP方法,对钯和钇原子采用SDD收缩价基函数,氢原子采用6-311＋＋G**全电子基函数,对PdH2和YH2体系的结构进行优化计算,得到PdH2分子最稳态为C2v构型,电子组态为1A1,平衡核间距RPdH=0.1692 nm,键角∠HPdH=29.4°,离解能De=5.5212 eV,基态简正振动频率:ν1(b2)=1470.1 cm－1、ν2(a1)=1007.9 cm－1、ν3(a1)=2907.0 cm－1.YH2分子最稳态也为C2v构型,电子组态2A1,RYH=0.1962 nm,∠HYH=114.3°,De=5.6691 eV,基态简正振动频率:ν1(b2)=1457.9 cm－1、ν2(a1)=476.0 cm－1、ν3(a1)=1506.3 cm－1.由微观过程的可逆性原理分析了分子的可能离解极限.并用多体项展式理论方法分别导出基态PdH2和YH2分子的势能函数,其等值势能面图准确地再现了PdH2和YH2分子的结构特征和离解能,由此讨论了Pd ＋ H2和Y ＋ H2分子反应的势能面静态特征.     

CH3SH和CH3SLi分子间的锂键和氢键共存型相互作用

在CH₃SLi＋CH₃SH势能面上求得锂键和氢键共存型复合物的两种稳定构型. 频率分析表明, 与单体相比复合物中S(5)—Li(6)键伸缩振动频率发生红移, 而C(8)—H(10)键伸缩振动频率发生蓝移. 经B3LYP/6-311＋＋G**, MP2/6-311＋＋G**及MP2/AUG-CC-PVDZ水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的复合物?中相互作用能分别为－58.99, －57.87和－62.89 kJ•mol^－1. 采用自然键轨道(NBO)理论, 分析了复合物中单体轨道间的电荷转移, 电子密度重排及其与相关键键长变化的本质等. 采用分子中的原子(AIM)理论分析了复合物中氢键和锂键的电子密度拓扑性质．在极化连续模型(PCM)下, 考察了溶剂化效应. 结果表明, 所考察的水、二甲亚砜、乙醇和乙醚等四种溶剂均使单体间的相互作用能增大, 且溶剂对复合物中的锂键结构及其振动频率具有显著的影响, 而对复合物中的氢键的振动频率影响不大.     

DFT法研究离子液中EMIM＋催化丁烯双键异构反应机理

利用密度泛函方法(DFT)分别在B3LYP/6-31G**和B3LYP/6-311＋＋G**的计算水平上优化了离子液体中1-乙基-3-甲基咪唑阳离子(EMIM＋)催化丁烯双键异构反应过程中的反应物、产物以及过渡态的几何构型,分析了反应过程中键参数的变化.通过振动分析对平衡态和过渡态进行了验证,并得到了零点能.通过计算内禀反应坐标(IRC),确认了对应于过渡态的反应物和产物. 计算结果表明,EMIM＋催化丁烯双键异构可以基元反应的方式一步完成,1-丁烯异构化为2-丁烯的活化能约为192 kJ•mol－1, 逆反应活化能约为208 kJ•mol－1, 可在室温或高于室温条件下进行.     

氧负离子与乙烯自由基反应的理论研究

在G3MP2B3理论水平下研究了氧负离子与乙烯自由基的反应机理. 反应入口势能面的刚性扫描显示: 对于不同的初始反应取向, 体系存在3种不同的反应机理, 分别对应直接脱水、插入反应和直接键合成中间体通道. 其中, 通过插入反应形成的富能中间体[CH2＝C—OH]－及键合中间体[CH2＝CHO]－都可以进一步经异构化和解离生成其它各种可能产物, 如C2H－＋H2O, OH－＋CH2C和 ＋CO产物通道. 基于计算得到的反应势垒的相对高度, 直接脱水反应显然是该反应体系最主要的产物通道, 同时我们还结合Mulliken电荷布居分析研究了其中涉及的电子交换过程. 由此, 计算结果证实了以往OH－与C2H2反应的实验研究结果. 此外, 还对比了该反应体系、氧原子与乙烯自由基、氧负离子与乙烯分子三个反应的不同机理.     

基态N2O－的势能函数研究

以6-311＋＋G(3df, 3pd)为基函数, 采用密度泛函理论的B3LYP方法对N₂O^－分子体系的结构进行了优化计算. 结果表明N₂O^－分子最稳态为C_s构型, 电子组态为²A', 平衡核间距R_N—N＝0.11873 nm, R_N—O＝0.13012 nm, 键角∠NNO＝133.94448°, 离解能D_e＝10.3857 eV, 基态简正振动频率: 弯曲振动频率ν₁＝656.7488 cm^－1, 对称伸缩振动频率ν₂＝998.1562 cm^－1, 反对称伸缩振动频率ν₃＝1684.3093 cm^－1. 并用多体展式理论方法推导出了基态N₂O^－分子的分析势能函数, 其等值势能图准确地再现了N₂O^－分子的结构特征和离解能.     

原子价壳层电子量子拓扑指数与元素电负性的关系

在基态原子价壳层电子隐核图的基础上, 基于拓扑化学原理以及原子价壳层电子结构特征, 构建了原子价壳层电子量子拓扑指数(AEI), 它对基态原子实现唯一性表征, 结合原子价壳层电子平均化能(∑n_iE_i/∑n_i)等参数, 建立了一套新的元素电负性标度: X_N＝－0.588710AEI₁＋0.761214AEI₂＋0.154982(∑n_iE_i/∑n_i)－0.080929. 该式给出了周期表中氢至镅共95种元素的电负性, 结果表明新电负性标度X_N与Pauling电负性标度颇为一致. 进一步从原子价轨道量子拓扑指数确定了sp, sp², sp³杂化轨道的电负性. 新标度在元素和物质的结构-性质研究中具有一定的适用性.     

ClCu(η^2-O~2)与ClCuNN分子的基质隔离红外光谱和 理论研究

激光烧蚀CuCl~2或CuCl靶的产物与O~1或N~2共同沉积在11K的Ar基质中,在1175.0cm^-^1(O~2/Ar)和2296.3cm^-^1(N~2/Al)处观察到了新的红外吸收。通过同位素取代实验以及量子化学计算,可将1175.0cm^-^1归属为ClCu(η^2-O~2)的O－O伸缩振动,而将2296.3cm^-^1归属为ClCuNn的N－N伸缩振动。ClCu(η^2-O~2)和ClCuNN这两种新型配合物的确证,为进一步研究含O~2,N~2的过渡金属配合物提供了一种模型分子。