双核钯配合物Pd2L2和Pd2L2X2 (L＝Me2PCH2PMe2; X＝F, Cl, Br, I, H)的量子化学理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对Pd(0), Pd(I)双核配合物Pd2L2和Pd2L2X2 (L＝Me2PCH2PMe2; X＝F, Cl, Br, I, H)的几何结构和电子结构进行了研究. 研究表明Pd2L2中Pd原子间的相互作用主要来自电子相关效应, Pd2L2X2中Pd原子间的相互作用则主要来自d轨道的成键作用. MP2方法和局域泛函Xα方法能对两类配合物的几何结构给予准确的描述. 在Pd2L2中, Pd原子的4d电子组成一一对应的成键、反键轨道, 轨道作用相互抵消使Pd原子间仅存在微弱的相互作用. X原子与Pd2L2的作用使Pd—Pd反键轨道电子占据数减少, 成键作用加强. 两类配合物的 Pd—Pd键长与NAO键级之间存在很好的线性关系. 还对Pd2L2和Pd2L2X2的低占据电子激发态进行了含时密度泛函理论计算, 分析不同配合物的电子跃迁特征, 并就卤素配体对Pd2L2X2光谱性质的影响进行了讨论.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (X＝F, Cl, Br, I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF, MP2方法和密度泛函理论, 对Au(II)系列化合物[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂ (X＝F, Cl, Br, I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究. 研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键. Au—Au, Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究, BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长, 而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数. 局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和 Au—X键振动频率也与实验数据符合较好. 还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂的电子激发能, 对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析, 考察了卤素配体对激发能的影响, 并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (X＝F, Cl, Br, I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF, MP2方法和密度泛函理论, 对Au(II)系列化合物[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂ (X＝F, Cl, Br, I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究. 研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键. Au—Au, Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究, BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长, 而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数. 局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和 Au—X键振动频率也与实验数据符合较好. 还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂的电子激发能, 对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析, 考察了卤素配体对激发能的影响, 并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

Au(II)化合物[Au(CH_2)_2PH_2]_2X_2(X=F,Cl,Br,I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF,MP2方法和密度泛函理论,对Au(II)系列化合物[Au(CH2)2PH2]2X2(X=F,Cl,Br,I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究.研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键.Au—Au,Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究,BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长,而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数.局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和Au—X键振动频率也与实验数据符合较好.还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH2)2PH2]2X2的电子激发能,对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析,考察了卤素配体对激发能的影响,并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

Ce（H2O）n3+（n=1～6）水合性质的密度泛函理论研究

以TZ2P为基组,采用Becke- Perdew(BP)等10种密度泛函分别对Ce(H2O)n3+(n=1～6)体系进行几何优化.运用绝对平均误差分析得出在所计算的10种密度泛函中Becke-PBEc为最优泛函.振动光谱分析表明,Ce(H2O)n3+(n=1～6)体系随着n增大,即H2O配位数的增加,Ce和O之间的相互作用越来越弱,O和H之间的相互作用越来越强,振动吸收频率与键长的呈现良好的线性关系.电子结构分析表明,f轨道的孤对电子不参与Ce—O之间的成键.热力学分析表明,Ce3+不易形成低配位的水合离子,但是在适当温度压强以及动力学条件下铈的低配位水合离子有可能实现转变.     

膦配体对金团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)稳定化作用的理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对具有D2h和D4d构型的膦配体稳定的过渡金属团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me, OMe, H, F, Cl, CN)进行了几何结构、 电子结构及团簇稳定性等方面的研究. 计算表明, 与D2h构型相比, D4d构型更稳定, 两者能量相差约5~10 kJ/mol. SVWN局域泛函能够对团簇的几何结构给予较准确的描述, MP2方法对团簇的结构参数有所低估, 而离域和杂化泛函则过高地估计了团簇的结构参数. 电子结构分析表明, 中心Au原子与外围的Au原子之间通过 d 电子的成键作用构成团簇内核[Au@Au8]3+, [Au@Au8]3+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键. PR3配体与[Au@Au8]3+的结合能够加强内核-外围Au原子间的成键作用, 缩小外围Au原子在成键上的差异, 增大前线轨道能级间隙, 从而提高团簇的稳定性. PR3配体中R基团供、 吸电子能力的变化对[Au@Au8(PR3)8]3+结构影响较小, 但对[Au@Au8]3+-PR3结合能影响较大. 能量分析显示, 不同PR3配体与[Au@Au8]3+之间具有相近的轨道作用能, 与R基团供、 吸电子能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢固程度的决定因素.     

Zn(Ⅱ)在TiO2表面上的微观吸附模式研究

用延展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术并结合密度泛函理论(DFT)研究了Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2表面上微观吸附结构。EXAFS结果表明, Zn(Ⅱ)在吸附时由自由水合状态下的Zn—O六配位八面体结构向四配位四面体结构转化, 中心Zn原子的第二配位层存在两种不同的Zn—Ti距离(R1=0.371和R2=0.332 nm). 用DFT方法对四配位水合Zn离子在簇Ti2O11H14上进行优化后发现, 四配位的Zn—O平均距离为0.200 nm; 外层Zn—Ti结合存在两种稳定的吸附模式: 单角吸附模式和更加稳定的双角吸附模式, 其Zn—Ti距离分别为0.369和0.335 nm. EXAFS结果与DFT计算结果吻合, 说明Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2表面上存在不同的亚稳平衡态吸附结构.     

IB 族金属-乙烯配合物[N{(Me)C(Ph)N}2]M-C2H4 (M=Cu,Ag, Au)的电子结构

采用从头算Hartree-Fock(HF),M??ller-Plesset微扰(MP2),二级近似耦合簇(CC2)和密度泛函理论(DFT)方法,对IB族金属-乙烯配合物LM-C2H4(L=[N{(Me)C(Ph)N}2];M=Cu,Ag,Au)的几何结构、电子结构以及LM与C2H4之间的结合能进行了理论研究.MP2、CC2和密度泛函方法对C2H4配位前后C=C键长的变化情况都给出了正确的描述.电子结构分析显示LM与C2H4之间主要以C2H4→LM"σ-给予"和LM→C2H4"π-反馈"方式协同成键,这种成键方式使C2H4配体π轨道上的电子密度下降,π*轨道上的电子密度增加,并使得C=C键长增加、键能下降,从而达到活化C=C键的目的.自然电荷布居和能量分解分析显示LM-C2H4中的"σ-给予"作用弱于"π-反馈"作用,若使用"σ-给予"作用强于"π-反馈"作用的M+-C2H4体系作为LM-C2H4的简化模型进行理论研究是不合适的.LM-C2H4中金属原子M的改变对C=C键长、C2H4电荷布居以及LM与C2H4之间的结合能等性质影响显著.LAu与LCu、LAg相比其接受和反馈电子的能力最强,使C2H4配体π轨道电子密度减少的程度和π*轨道电子密度增加的程度也最大,因此LAu对C2H4中C=C键的活化效果最好.螯合配体取代基供、吸电能力的改变对上述性质的影响则非常有限.     

无机类似富勒烯分子[CuCl]20[Cp*FeP5]12[Cu(CH3CN)2+Cl-]5中Cu的共价和化学键的密度泛函

用密度泛函方法研究了最近合成的无机类似富勒烯分子{[CuCl]₂₀[Cp^*FeP₅]₁₂[Cu(CH₃CN)₂⁺Cl^-]₅} 的电子结构和化学键; 用Amsterdam密度泛函软件对该分子的三个基本结构单元进行了几何优化, 几何结构优化的结果和试验几何结构符合得很好. Boys-Foster分子轨道定域化方法得到的定域化轨道给出了该分子中成键情况的清晰图像; 并用软-硬Lewis酸碱理论和新的共价概念解释了为何CuCl可以与Cp^*FeP₅ 在CH₃CN溶剂中反应生成无机类似富勒烯分子.     

双核钯配合物Pd2L2和Pd2L2X2(L=Me2PCH2PMe2;X=F,Cl,Br,I,H)的量子化学理论研究

采用 ab initio HF,MP2方法和密度泛函理论方法,对Pd(0),Pd(Ⅰ)双核配合物Pd2L2和Pd2L2X2(L=Me2PCH2PMe2;X=F,Cl,Br,I,H)的儿何结构和电子结构进行了研究.研究表明Pd2L2中Pd原子间的相互作用丰要来自电子相关效应,Pd2L2X2中Pd原子问的相互作用则主要来自d轨道的成键作用.MP2方法和局域泛函Xa方法能对两类配合物的几何结构给予准确的描述.在Pd2L2中,Pd原子的4d电了组成一一对应的成键、反键轨道,轨道作用相互抵消使Pd原子间仅存在微弱的相互作用.x原子与Pd2L2的作用使Pd-Pd反键轨道电子占据数减少,成键作用加强.两类配合物的Pd-Pd键长与NAO键级之间存在很好的线性关系.还对Pd2L2和Pd2L2X2的低占据电子激发态进行了含时密度泛函理论计算,分析不同配合物的电子跃迁特征,并就卤素配体对Pd2L2X2光谱性质的影响进行了讨论.     

配体稳定的二元过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的量子化学理论研究

采用从头计算MP2方法和密度泛函理论方法,对过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的几何结构、电子结构以及团簇各组成部分之间的结合能进行了研究.MP2方法和SVWN局域泛函能够对团簇的结构给予准确的描述,而离域泛函BP86,PBE,BLYP和杂化泛函B3LYP则过高地估计了团簇的几何结构参数.电子结构研究表明Pd,Au原子通过d电子的成键作用构成团簇内核[PdAu8]2+,[PdAu8]2+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键.PR3配体与[PdAu8]2+的结合能够加强Pd-Au之间的成键作用,增大前线轨道能级间隙,从而提高团簇的稳定性.PR3配体中 R 基团供、吸电能力的变化对[PdAu8(PR3)8]2+结构的影响较小,但对[PdAu8]2+ -pR3结合能的影响较大.能量分析显示不同PR3与[PdAu8]2+之间具有相近的轨道作用能,与R基团供、吸电能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢同程度的决定因素.     

邻近C-H键对中心金属原子的配位作用—[Fe(PH3)3(C8H13)]+的定域分子轨道研究

采用INDO方法计算了{Fe[P(OMe)_3]_3(C_8H_(13))}~+的简化离子[Fe(PH_3)_3(C_8H_(13))]~+,将正则分子轨道用Edmiston-Ruedenberg定域化方法变换为定域分子轨道,结果表明:在对应C_1-H_(1A)键的定域分子轨道中,明显包含有铁原子轨道成分(7.8％),Fe-H_(1A)和Fe—C_1键级分别为0.190和0.302。指出C_1-H_(1A)键是以一对成键σ电子配位到铁原子上的。C_8H_(13)环以包含三个碳原子的η~4—共轭体系与铁原子相互作用。铁以二价(d~6-Fe(Ⅱ)的形式存在于该离子中。C_1-H_(1A)键的配位满足了文献[15]提出的Fe(Ⅱ)的共价12价。     

CO在Pt低指数面上吸附行为的理论研究

用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对CO-Pt低指数面吸附体系进行了结构优化, 并对吸附体系的吸附热、C—O键和C—Pt键的键长、布居数分析、电子态密度进行了研究. 计算结果表明, 在0.25 ML(monolayer)的覆盖率下, CO最容易在Pt(100)晶面的桥位、Pt(110)晶面的短桥位、Pt(111)晶面的hcp三重位吸附, 吸附热分别达到了2.11、2.37、1.96 eV; CO在吸附成键过程中伴有电子在CO分子和Pt之间的转移. 吸附后, C—O键被削弱, 键长变长, 金属内部的作用亦被削弱, 其表层Pt 原子的布居数明显降低; 态密度分析表明, CO在吸附过程中, 其4σ、1π、5σ、2π轨道均参与成键.     

双核钴配合物(RC2R'')Co2(CO)6-n(PPh3)n的合成与波谱研究

合成了十个通式为(RC_2R′)Co_2(CO)_(6-n)(PPh_3)_n的双核钴配合物,用m.p.,元素分析、IR和UV对它们进行了表征.讨论了配合物中Co核的电荷密度及RC_2R′的空间位阻对PPh_3取代配合物中CO反应的影响,研究了配合物的IR和UV谱,从成键角度探讨了特征吸收峰变化的原因。     

水溶液中碳酸铀酰化合物的电子结构

应用相对论密度泛函理论系统研究了水溶液中非水合化和水合化碳酸铀酰化合物Cn/m(其中n和m分别为结构中碳酸配体和水配体的个数)的结构.溶剂效应采用类导体屏蔽模型(COSMO),并采用零级规整近似(ZORA)方法考虑标量相对论效应和旋-轨耦合相对论效应.电子跃迁采用包含旋-轨耦合相对论效应的含时密度泛函理论并在相关交换势中采用轨道势能统计平均(SAOP)做近似计算.结果表明碳酸配体对配合物结构和电子跃迁有很大的影响.C3/0配合物的稳定性可归于5f轨道参与了高占据轨道的成键作用.增加碳酸盐配体导致最大波长的蓝移,并在近可见光区域出现高强度的吸收.     

六元扩展卟啉的Zn2+,Cd2+,Hg2+单金属配合物的光电性质的理论研究

通过定域密度矩阵方法和含时密度泛函方法研究了六元扩展卟啉及其Zn,Cd和Hg单金属配合物的光电性质.通过计算得到扩展卟啉HP同金属Zn2+,Cd2+和Hg2+发生配位时,分子趋于平面化.配合物在Q带有弱得吸收峰,它们随着中心金属的原子序数的增加产生了红移.在B带有强吸收峰,其特征峰主要来自于中心金属离子的d轨道和同金属配位的C原子所处的吡咯环以及吡咯环两侧的meso-C原子上的苯基的参与.对于扩展卟啉极其配合物,定域密度矩阵方法也可以很好的预测光谱和电子跃迁性质.     

DFT法研究阴离子识别剂[Ru（bpy）2L]2+（L=H2biim,H2bbim）去质子后结构变化

配合物[Ru(bpy)2(H2biim)](PF6)2(1)(bpy=2,2′-联吡啶,H2biim=2,2′-联咪唑)和[Ru(bpy)2(H2bbim)](PF6)2(4)(H2bbim=2,2′-苯并联咪唑)是良好的阴离子识别剂.用密度泛函理论方法研究了2种阴离子识别剂脱去质子后的几何结构和电子结构的变化.计算结果表明:脱去质子后配合物HOMO轨道上电子云分布由中心钌原子转移到(苯并)联咪唑上,而LUMO轨道虽然能量增加但电子云仍然分布在bpy配体上;另外,最高占居轨道HOMO与最低空轨道LUMO的能量差ΔεL-H逐渐减小,相对于配合物的吸收波长增大,所以分子的吸收峰发生红移,这与实验现象相吻合。     

杂硼原子簇B6X-(X=N, P, As, Sb, Bi)稳定性和芳香性研究

利用Gaussian 98程序, 采用从头算和密度泛函理论方法, 对B6X-(X=N, P, As, Sb, Bi)杂硼原子簇进行了理论研究, 优化得到了其稳定平衡构型, 讨论了其振动光谱和稳定性等, 通过自然键轨道(NBO)、分子轨道(MO)和核独立化学位移(NICS)分析, 确定这些杂硼原子簇都有离域的π电子和σ电子成键轨道, 满足4n+2电子规则, 具有芳香性, 与纯B6- 或B62- 原子簇呈反芳香性不同.     

杂苯C5H5X（X=N,P,As,Sb,Bi）芳香性的核独立化学位移（NICS）与异构体稳定化能（ISE）研究

应用量子化学方法,通过核独立化学位移(NICS)和异构体稳定化能(ISE)的计算,研究了苯及第五主族元素取代杂苯分子C5H5X(X=N,P,As,Sb,Bi)的芳香性与稳定性.局域轨道定位函数局部最大值的计算结果表明,分子中C—X成键强度与实验稳定性顺序一致.从头算与密度泛函理论对分子的化学位移计算结果各异,计算值与实验值相关分析表明,Hartree-Fock方法对所研究体系的NICS比密度泛函理论具有更好的相关性.在分子环平面上方0.8～0.9处的NICS是芳香性判据的最佳选择,由自然定域分子轨道分解NICS最大处的zz张量值,结果显示π键对分子的芳香性起主要贡献.异构体稳定化能与NICS(max)的zz张量及π键(NICS(max)zzπ)均有很好的相关性,可以表征杂苯分子C5H5X全局芳香性,其顺序为:苯>吡啶>磷杂苯>砷杂苯>锑杂苯>铋杂苯.特别地,对这类分子π轨道的研究发现不包含X原子的π轨道将产生异常大的π键芳香性,这一现象可为分子磁性设计提供理论指导.     

三（五甲基环戊二烯基）稀土金属配合物（C5Me5）3Ln（Ln=Sc,Y,La）的量子化学理论研究

采用从头计算方法和密度泛函理论方法,对三(五甲基环戊二烯基)稀土金属配合物(C5Me5)3Ln(Ln=Sc,Y,La)的几何结构、电子结构以及Ln-C5Me5之间的结合能进行了研究.(C5Me5)3Ln的电子结构符合过渡金属配合物"18电子规则"的描述,因而具有较好的稳定性.Ln原子的(n-1)d、ns轨道能够与C5Me5的π轨道较好的重叠并组成强成键轨道.研究发现(C5R5)3Ln(R=H,Me)的几何结构受到"Ln-C5R5成键效应"和"C5R5-C5R5位阻效应"两个相反因素的影响,其稳定性则受到"Ln原子半径-(C5R5)3孔径尺寸"匹配关系的制约.在C5R5上引入特定的取代基后可以从轨道能级、金属原子-配体距离、配体-配体距离等多方面直接或间接的影响Ln-C5R5间的成键强度,进而实现对(C5R5)3Ln稳定性和反应活性的控制.