过渡金属混合簇Nb2Rh2的密度泛函研究

采用密度泛函方法(DFT)研究了过渡金属混合簇Nb_mRh_n (m, n≤2) 的结构、稳定性规律及它们的成键情况. 结果表明, Nb—Nb键较强, Rh—Rh键较弱, 而Nb—Rh键的强度则介于两者之间. 在Nb₂Rh₂直线和折线构型中, 金属键有强弱交替的现象. Nb₂Rh₂的各种构型在自旋多重度较小时稳定.     

AlmN2和AlmN2＋ (m＝1～8)团簇结构与稳定性的量子化学研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311G*水平上对Al_mN₂和Al_mN₂^＋ (m＝1～8)团簇的几何构型、电子结构、振动频率和分子轨道进行了理论研究. 结果表明, Al_mN₂类团簇的基态结构有两种基本构型, 一种是以N—N键为核心周围与Al原子相配位形成的, 一种是由两个Al_nN (n≤m/2)分子碎片通过共用Al原子或Al—Al键相互结合形成的. 对Al_nN分子碎片相互结合形成结构的绝热电离能讨论得到, m为偶数的团簇比m为奇数的稳定.     

H2O, H2S与双卤分子间相互作用的电子密度拓扑研究

运用量子化学微扰理论MP2和密度泛函B3LYP方法, 采用6-311＋＋G(d,p)基组, 对H₂O, H₂S与双卤分子XY (XY＝F₂, Cl₂, Br₂, ClF, BrF, BrCl)形成的卤键复合物进行构型全优化, 并计算得到了这些体系的分子间相互作用能. 利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究, 探讨了该类分子间卤键的作用本质. 结果表明, 形成卤键后, 作为电子受体的双卤分子X—Y键长增长, 振动频率减小. 复合物体系中的卤键介于共价键与离子键之间, 偏于静电作用成分为主.     

通过相变制备多孔Nb2O5

以铌金属为“牺牲”阳极,在无隔膜电解槽中,采用电化学一步法制备了Nb₂O₅粉体的前驱体铌醇盐,铌醇盐直接水解得胶状沉淀,烘干后的胶状产物在不同热处理条件下产生的相变形成了多孔Nb₂O₅粉体。采用IR、TG-DSC、XRD、SEM分别对烘干后胶状产物及多孔Nb₂O₅进行表征。结果表明：无定型的Nb₂O₅在873 K煅烧后形成2 μm的球形二次颗粒,同时转变为正交晶型,而在1 173 K热处理后转变为单斜Nb₂O₅的同时,相变伴随Nb₂O₅球形颗粒向棒状结构的形貌变化,在颗粒颈部连接作用下,最终形成了多孔Nb₂O₅,孔径为250 nm左右。     

H2O, H2S与双卤分子间相互作用的电子密度拓扑研究

运用量子化学微扰理论MP2和密度泛函B3LYP方法, 采用6-311＋＋G(d,p)基组, 对H₂O, H₂S与双卤分子XY (XY＝F₂, Cl₂, Br₂, ClF, BrF, BrCl)形成的卤键复合物进行构型全优化, 并计算得到了这些体系的分子间相互作用能. 利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究, 探讨了该类分子间卤键的作用本质. 结果表明, 形成卤键后, 作为电子受体的双卤分子X—Y键长增长, 振动频率减小. 复合物体系中的卤键介于共价键与离子键之间, 偏于静电作用成分为主.     

层状类钙钛矿结构新铌酸盐KSr2Nb3O10

A new niobate compound KSr₂Nb₃O₁₀ was synthesized for the first time. The chemical compositions, crystal structure, optical property, density and melting point of the new compound were characterized by EPMA, TEM, XRD, DTA and so on. KSr₂Nb₃O₁₀ crystallizes the orthorhombic system with unit cell parameters a=0.7816(1) nm, b=0.7764(2) nm, c=2.9995(2) nm, V=1.8114(4) nm³, and space group P2₁2₁2₁, Z=8. The structure may be described as treble perovskite sheets ［Sr₂Nb₃O₁₀］^- interleaved with K⁺. Further, it was found that KSr₂Nb₃O₁₀ has intercalation phenomenon. Na⁺, Li⁺, H⁺, NH⁺₄ could exchange the interlayer cations K⁺ of KSr₂Nb₃O₁₀, and n-hexylamine also could intercalate into the place between the layers of ［Sr₂Nb₃O₁₀］^-.     

CH2CO＋CH2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法, 对单重态和三重态CH₂与CH₂CO反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-311＋G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 单重态CH₂与CH₂CO的C—H键可发生插入反应, 与C＝C、C＝O可发生加成反应, 存在三条反应通道, 产物为CO和C₂H₄, 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应II更容易发生. 对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 三重态CH₂与CH₂CO的反应存在三条反应通道, 一条是与C-H键的插入反应, 另一条是三重态CH₂与C＝C发生加成反应, 产物为CO和三重态C₂H₄, 通道II势垒较低, 更容易发生. 最后一条涉及双自由基的反应活化能最大, 最难发生.     

N′-乙基-N-哌嗪基二硫代氨基甲酸铜(Ⅱ)配合物Cu(S2CNC4H8NC2H5)2的晶体结构及谱学研究

合成了标题化合物Cu(S₂CNC₄H₈NC₂H₅)₂,得到深棕色柱状晶体。晶体属三斜晶系,空间群为P1。中心Cu(Ⅱ)离子分别与来 自2个N′-乙基-N-哌嗪基二硫代氨基甲酸的4个硫原子配位,形成略微扭曲的平面四方配位构型。4个Cu-S键的键长范围0.220 10(11)～0.220 34(13) nm;Cu-S键的FT-Raman伸缩振动峰在134.921 cm^-1;ESR谱表明Cu(Ⅱ)离子处于对称中心;其局部配位构型属于D_2h群;热分析表明标题化合物在753.15 ℃时分解为金属Cu。     

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.     

类钙钛矿新铌酸盐Ba6LaTi3Nb3O21的合成、结构与介电特性

A New Niobate Ba₆LaTi₃Nb₃O₂₁ was synthesized by high temperature solid state reaction in the BaO-La₂O₃-TiO₂-Nb₂O₅ system. The chemical compositions, crystal structure, microstructure, density and melting point of the new compound were characterized by EPMA, XRD, DTA and so on. Ba₆LaTi₃Nb₃O₂₁ crystallizes the rhombohedral system with unit cell parameters a=0.57388(2) nm, c=4.928 3(3) nm, and space group R3m, Z=3. The structure may be described as six (Nb,Ti)O₆ octahedra corner-sharing along c-axis to form perovskite layer connected by Ba atoms. The Ba₆LaTi₃Nb₃O₂₁ ceramics exhibits high dielectric of 74.1, low dielectric loss of 4.7×10^-4 and small temperature coefficient of dielectric constant of -69 ppm·K^-1 at 1 MHz due to its close structure and relative high dielectric polarizabilities of Ba²⁺, La³⁺, Ti⁴⁺ and Nb⁴⁺. Ba₆LaTi₃Nb₃O₂₁ might be a suitable candidate of high ε_r microwave dielectric ceramics.     

磷叶立德CH2PH3和类磷叶立德自由基∙CHPH3优势构型和C—P键结构的研究

采用MP4/6-311++G(d,p)和B3LYP/6-311++G(d,p)对磷叶立德CH₂PH₃和类磷叶立德自由基∙CHPH₃进行构型优化，从电子密度拓扑分析的角度对C—P键的键结构进行了探讨。得到如下结论：类磷叶立德自由基和磷叶立德的C—P键性质类似，但磷叶立德中π键由两个电子形成，类磷叶立德自由基中π键由一个电子形成，所以前者的π性明显，而后者的π性不明显。类磷叶立德自由基中的这个单电子在碳原子附近，垂直于对称面的方向上运动，有p_(C→P)配键的特征，所以类磷叶立德自由基∙CHPH₃中的C—P键比相应的产物∙CH₂PH₂中的C—P键要弱一些。     

新铌酸盐Ba5NdTi3Nb7O30的合成与介电性能

The New Niobate Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ was synthesized by solid state reaction at 1250℃ for 48h. The crystal structure and dielectric properties of Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ were determined by X-ray powder diffraction and dielectric measurements. The results show that Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ belongs to ferroelectric phase of tetragonal tungsten bronze structure at room temperature with unit cell parameters: a=1.24424(4)nm, c=0.39476(2)nm, calculated density 5.719g·cm^-3. Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ belongs to relaxor ferroelectrics. The phase transition temperature (T_c) of Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ from ferroelectric to paraelectric is found to shift toward higher temperature side at higher fre-quency, and T_c is 90℃ at 1kHz. At room temperature, the dielectric constant (ε_r) and dielectric loss of Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ decrease with the increase of frequency, and Ba₅NdTi₃Nb₇O₃₀ ceramic have high dielectric constant 489 at 1kHz.     

Pd(111), Pd(100)及Pd(110)表面H2和O2直接合成H2O2的密度泛函理论研究

采用周期性密度泛函理论研究了H₂和O₂在Pd(111),Pd(100)及Pd(110)表面上直接合成H₂O₂的反应机理,对反应的主要基元步骤进行了计算和分析.结果表明,Pd(111)表面对H₂O₂直接合成的催化选择性最好,表面原子密度较低的Pd(100)表面和Pd(110)表面上含有O-O键的表面物种解离严重,不利于H₂O₂的生成.H₂O₂的选择性与含有O-O键表面物种的O-O键能和表面物种的结合能有关.含有O-O键的表面物种在表面的结合能越大,越容易发生解离,不利于形成H₂O₂.     

气相中Y＋, Zr＋, Nb＋与CO2反应的理论研究

以Y^＋, Zr^＋, Nb^＋与CO₂反应作为第二前过渡金属离子与CO₂反应的范例体系. 采用密度泛函UB3LYP方法, 对于Y, Zr, Nb采用Stuttgart赝势基组, 对于CO₂采用6-311＋G(2d)基组, 计算研究了三种金属离子在基态和激发态时与CO₂气相反应的机理. 结果表明三种金属离子与CO₂反应以高自旋进入反应通道, 在反应过程中发生系间窜越, 以低自旋中间体和最终产物离开反应通道. 用内禀坐标单点垂直激发计算的方法找到了势能面交叉点, 并作了相应的讨论. 因为有金属离子的参与, 使单分子CO₂的强吸热分解反应变为生成CO和MO^＋的放热过程.     

气相中Y＋, Zr＋, Nb＋与CO2反应的理论研究

以Y^＋, Zr^＋, Nb^＋与CO₂反应作为第二前过渡金属离子与CO₂反应的范例体系. 采用密度泛函UB3LYP方法, 对于Y, Zr, Nb采用Stuttgart赝势基组, 对于CO₂采用6-311＋G(2d)基组, 计算研究了三种金属离子在基态和激发态时与CO₂气相反应的机理. 结果表明三种金属离子与CO₂反应以高自旋进入反应通道, 在反应过程中发生系间窜越, 以低自旋中间体和最终产物离开反应通道. 用内禀坐标单点垂直激发计算的方法找到了势能面交叉点, 并作了相应的讨论. 因为有金属离子的参与, 使单分子CO₂的强吸热分解反应变为生成CO和MO^＋的放热过程.     

X@(HAlNH)12和X(HAlNH)12 (X＝F－, Cl－, Br－, O2－, S2－, Se2－)复合物的结构和稳定性

用DFT的B3LYP方法在6-31G(d)基组的水平上, 对闭式多面体簇合物(HAlNH)₁₂及其内含式X@(HAlNH)₁₂和外接式X(HAlNH)₁₂ (X＝F^－, Cl^－, Br^－, O^2－, S^2－, Se^2－)复合物的结构进行了构型优化和能量计算, 并讨论了几何构型、自然键轨道(NBO)、振动频率、能量参数及NMR数据与结构的关系, 最后得到复合物结构的稳定性信息, 具有T_h对称性的X@(HAlNH)₁₂ (X＝F^－, Cl^－, Br^－, S^2－, Se^2－)复合物和具有C₃对称性的O^2－@(HAlNH)₁₂复合物为内含式的基态结构, 从能量角度分析, 内含式复合物比外接式复合物的结构稳定.     

H2SO4处理的Nb2O5/γ -Al2O3催化剂表面酸性与催化性能研究

用Hammett指示剂法、红外光谱（IR）、示差扫描量热-热重法（DSC-TG）和微型催化反应装置等研究了H₂SO₄处理的负载型Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂表面酸性和催化异丁烯（IB）与异丁醛（IBA）反应生成2，5-二甲基-2，4-己二烯（DMHD）的催化性能。结果表明随所用H₂SO₄浓度增加，Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂表面酸性增强，B酸量增加，L酸量先增加后下降。经H₂SO₄处理的Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性明显增加，但当H₂SO₄浓度超过0.05 mol·L^-1时催化活性又急剧下降，这可能是因为在H₂SO₄处理的催化剂表面形成的强酸中心上，产物分子进一步转化为积炭且封闭催化剂活性表面，导致催化活性下降。     

X@(HAlNH)12和X(HAlNH)12 (X＝F－, Cl－, Br－, O2－, S2－, Se2－)复合物的结构和稳定性

用DFT的B3LYP方法在6-31G(d)基组的水平上, 对闭式多面体簇合物(HAlNH)₁₂及其内含式X@(HAlNH)₁₂和外接式X(HAlNH)₁₂ (X＝F^－, Cl^－, Br^－, O^2－, S^2－, Se^2－)复合物的结构进行了构型优化和能量计算, 并讨论了几何构型、自然键轨道(NBO)、振动频率、能量参数及NMR数据与结构的关系, 最后得到复合物结构的稳定性信息, 具有T_h对称性的X@(HAlNH)₁₂ (X＝F^－, Cl^－, Br^－, S^2－, Se^2－)复合物和具有C₃对称性的O^2－@(HAlNH)₁₂复合物为内含式的基态结构, 从能量角度分析, 内含式复合物比外接式复合物的结构稳定.     

从头计算方法比较研究B2Au4, Al2Au4和BAlAu4的几何和电子结构

Au/H 相似性的研究是现代化学中的一个热门话题. 我们从理论上报道Au/H 相似的新成员: 共价化合物B₂Au₄, 离子化合物Al₂Au₄和BAlAu₄. 采用密度泛函和波函数理论方法对比研究了缺电子体系B₂Au₄、Al₂Au₄和BAlAu₄的几何和电子结构. 详细讨论了它们基态结构的轨道、适应性自然密度划分(AdNDP)和电子局域函数(ELF)分析. 计算结果表明稍微扭曲变形的C₂B₂Au₄是基态结构, 在这个共价化合物中含有两个B―Au―B三中心二电子(3c-2e)键. 然而C_3v Al⁺(AlAu₄)^-和C_3v Al⁺(BAu₄)^-被研究证明是含有三个X―Au―Al 三中心二电子键的类盐化合物(在Al₂Au₄中X=Al, BAlAu₄中X=B). Al₂Au₄和BAlAu₄是至今为止首例报道的在离子缺电子体系中含有金桥键的化合物. 同时计算了B₂Au₄^-、Al₂Au₄^- 和BAlAu₄^- 阴离子基态结构的绝热剥离能和垂直剥离能, 为实验表征提供依据. 文中报道的金桥键为共价键和离子键相结合的缺电子体系提供了一个有趣的键合模式, 有助于设计含有高度分散金原子的新材料和催化剂.