SO分子势能曲线及振动能级的从头算研究

用ab initioMRD-CI方法研究了SO分子的基态X³Σ^-及激发态a¹Δ,b¹Σ⁺,A³Π,c¹Π,d¹Σ^-的势能曲线.结果表明,前4个电子态的平衡键长与实验结果吻合得很好,振动能级和转动常数的从头算计算结果也与已观测到的数据较吻合.此外,还对同位素取代物³⁴S¹⁶O和³²S¹⁸O的振动能级和转动常数进行了讨论.     

理论研究BrCl~ 低激发电子态势能曲线和光谱性质

应用量子化学中高等级的多参考组态相互作用方法计算了环境科学中重要的分子离子BrCl 的基态和低激发态的势能曲线与光谱常数,详细分析了旋轨耦合作用对电子结构和光谱性质的影响,确认了基态X2Π和低激发电子态的多组态特征,得到了基态X2Π的旋轨耦合分裂能1814cm-1,与实验值2070cm-1接近.预测了2Π(Ⅱ)态的旋轨耦合分裂能为766cm-1.估算了3/2(Ⅲ)-X3/2和1/2(Ⅲ)-1/2(Ⅰ)跃迁的偶极跃迁矩和Frank-Condon因子,讨论了它们的跃迁辐射寿命.     

AuX(X=O,S)低电子态的理论研究

通常要用多参考态方法才能合理处理需考虑旋轨耦合(SOC)效应的开壳层分子如AuO和AuS的低电子态.事实上,通过选取合适的参考态,采用运动方程耦合簇方法(EOM-CC)也能计算这些分子的一些低电子态,而且EOM-CC方法是单参考态方法,使用起来比多参考态方法更加简单.本文采用最近发展的含旋轨耦合的EOM-CC计算电离能的方法(EOMIP-CC),选取对应的负离子为参考态,在CCSD级别上计算了AuO和AuS低电子态的性质.在不考虑旋轨耦合时,通过比较EOMIP-CCSD和EOMIP-CCSDT的结果考察EOMIPCCSD的精度.此外,与EOMIP-CCSDT结果相比,如果自旋污染较为显著而且T1的模较大时,UCCSD(T)方法对能量最低的某一特定对称性的电子态的所对应的电离能误差约为0.1-0.15 eV.在考虑了旋轨耦合效应后,我们的方法得到的键长和振动频率与实验值吻合较好.另一方面,虽然EOMIP-SOC-CCSD高估了能量较高的2Δ3/2态、2Σ+1/2态和2Π1/2态的能量,但是对于其它能量更低的电子态,它们的能量与已有实验值误差在0.2 eV左右.这显示我们所用的含SOC的EOMIP-CCSD方法对原本需要用多参考态方法才能处理的AuO和AuS低电子态能给出可靠的结果.     

硫族铅化物阳离子低电子态的理论研究

采用我们最近发展的含旋轨耦合的运动方程耦合簇计算电离能(EOMIP-CC)方法,在CCSD级别上计算了硫族铅化物PbS、PbSe、PbTe阳离子低电子态的平衡键长和谐振频率以及绝热和垂直电离能,得到的结果与已有的实验值吻合较好.不考虑旋轨耦合(SOC)的情况下通过与CCSD(T)的计算结果比较,考察了三重激发对计算结果的影响,结果显示考虑三重激发的贡献后得到的键长和频率结果与实验值吻合更好.计算结果表明PbTe+中2Π态的能量分裂明显大于PbS+和PbSe+中2Π态的能量分裂,但是PbTe+中2Π1/2和2Σ1/2态之间的相互耦合则明显弱于PbS+和PbSe+中这两个态之间的耦合.PbTe+中2Π1/2和2Σ1/2态之间耦合很弱,一方面是因为2Σ+态和2Π态的能量差比PbS+和PbSe+中2Σ+态和2Π态的能量差大,另一方面还由于PbTe+中2Π1/2和2Σ1/2态之间的旋轨耦合矩阵元只是PbS+和PbSe+中2Π1/2和2Σ1/2态之间的旋轨耦合矩阵元的一半.这些计算结果为PbS+、PbSe+、PbTe+阳离子的低电子态性质提供了新的理论数据,可以为将来的实验数据提供参考.     

含旋轨耦合的运动方程耦合簇理论计算闭壳层原子激发能

本文采用X2C(exact two-component)哈密顿量,结合我们最近发展的含旋轨耦合的运动方程耦合簇方法,在EOM-CCSD级别上,用接近完备的基函数计算了一系列闭壳层原子体系的最低单重和三重激发能以及激发态的旋轨耦合分裂能.结果显示,对于IIA族原子、IIB族原子、IIIA族阳离子以及稀有气体原子,本文计算得到的激发能与实验值差别通常在0.1 e V以内.对于IB族正离子,由于CCSD方法对其基态存在较大误差,因此激发能被显著高估.对于激发态的旋轨耦合分裂能,前五周期IIA族原子、IIB族原子、IIIA族阳离子计算结果与实验结果吻合非常好,差别通常在1%以内.对于第六周期体系,这个方法得到的激发态旋轨耦合分裂能与实验比有一定误差,这可能是由于求解Hartree-Fock方程时忽略了旋轨耦合所导致.对惰性气体原子,即使是较轻元素,这个方法给出的旋轨耦合分裂能与实验值也有一定差别.     

266nm激光激励的SO2(X1A1,A1A2,B1B1)体系的态间转移研究

用YAG四倍频激光把SO₂分子从电子基态X¹A₁激励到电子激发态A¹A₂和B¹B₁的高振动耦合区, 获得了320～380um范围内SO₂(B¹B₁→X¹A₁)的激光诱导荧光色散谱, 并给出初步标识;提出一个三能态模型来处理266nm激光激励的SO₂(X¹A₁, A¹A₂, B¹B₁)体系的态间转移, 并获得了A态和B态在高振动能区的耦合系数ξ及耦合达到动态平衡的弛豫时间τ, 发现二者反映的是被研究体系的固有特性, 与提出的模型吻合.     

理论研究BrCI^＋低激发电子态势能曲线和光谱性质

应用量子化学中高等级的多参考组态相互作用方法计算了环境科学中重要的分子离子BrCl^＋的基态和低激发态的势能曲线与光谱常数,详细分析了旋轨耦合作用对电子结构和光谱性质的影响,确认了基态X^2П和低激发电子态的多组态特征,得到了基态X^2П的旋轨耦合分裂能1814cm^-1,与实验值2070cm^-1接近。预测了^2П（Ⅱ）态的旋轨耦合分裂能为766cm^-1。估算了3／2（Ⅲ）-X3／2和1／2（Ⅲ）-1／2（I）跃迂的偶极跃迁矩和Frank-Condon因子,讨论了它们的跃迁辐射寿命。     

含自旋轨道角动量耦合的耦合簇理论研究Zn2和Cd2二聚物的结构和光谱常数

在二分量相对论有效势和与之匹配的基组aug-cc-pvnz-pp (n=Q, 5)的基础上, 结合电子相关能的完备基组外推和四阶多项式拟合, 我们用含自旋轨道角动量耦合的耦合簇方法研究了Zn₂和Cd₂的结构和光谱常数. 尽管Zn₂和Cd₂的自旋轨道角动量耦合效应不及Hg₂的明显, 但还是把自旋轨道角动量耦合放在耦合簇迭代计算中, 以获得更加合理的理论结果. 通过比较, 理论结果与最新发表的实验结果或其他课题组的理论结果吻合得较好, 因此我们的理论计算将有助于丰富对Zn₂和Cd₂光谱性质的认识.     

锰(Ⅱ)络合物零场分裂值的理论解释

利用非自由Mn(Ⅱ)的径向波函数讨论Mn(Ⅱ)络合物的零场分裂,证实了零场分裂主要来自低对称晶场和旋-轨耦合作用的贡献。定量计算了三角、四角畸变时的|D|值,计算结果与实验值符合。     

AuX (X=O,S)低电子态的理论研究

通常要用多参考态方法才能合理处理需考虑旋轨耦合（SOC）效应的开壳层分子如AuO和AuS的低电子态. 事实上,通过选取合适的参考态,采用运动方程耦合簇方法（EOM-CC）也能计算这些分子的一些低电子态,而且EOM-CC方法是单参考态方法,使用起来比多参考态方法更加简单. 本文采用最近发展的含旋轨耦合的EOM-CC 计算电离能的方法（EOMIP-CC）,选取对应的负离子为参考态,在CCSD 级别上计算了AuO 和AuS低电子态的性质. 在不考虑旋轨耦合时,通过比较EOMIP-CCSD和EOMIP-CCSDT的结果考察EOMIPCCSD的精度. 此外,与EOMIP-CCSDT结果相比,如果自旋污染较为显著而且T₁的模较大时,UCCSD（T）方法对能量最低的某一特定对称性的电子态的所对应的电离能误差约为0.1-0.15 eV. 在考虑了旋轨耦合效应后,我们的方法得到的键长和振动频率与实验值吻合较好. 另一方面,虽然EOMIP-SOC-CCSD高估了能量较高的²Δ_3/2态、²Σ_1/2⁺态和²Π_1/2态的能量,但是对于其它能量更低的电子态,它们的能量与已有实验值误差在0.2 eV 左右. 这显示我们所用的含SOC的EOMIP-CCSD方法对原本需要用多参考态方法才能处理的AuO和AuS低电子态能给出可靠的结果.     

碰撞能对K(2S)+HF(X1Σ+)→KF(X1Σ+)+H(2S)反应的影响

基于Sayós等构建的基态势能面, 运用准经典轨线方法对原子-分子反应K(²S)+HF(X¹∑⁺)→KF(X¹∑⁺)+ H(²S)的立体动力学性质进行了研究. 计算了该反应的极化微分反应截面、 两矢量k?j'相关分布函数P(θ_r)、 三矢量k?k'?j'相关分布函数P(?_r)和空间分布函数P(θ_r,?_r). 结果表明, 产物KF的转动角动量j′不仅在垂直于反应物相对速度矢量k的方向上有强烈的取向效应, 而且还定向于y轴的负方向, 转动角动量j′敏感地依赖于碰撞能.     

旋轨耦合从头算方法研究CH_2BrI光解离机理

基于CH2Br I光解离的最新实验报道,采用多态完全活化空间二阶微扰理论和完全活化空间态相互作用-旋轨耦合作用(MS-CASPT2/CASSI-SO)方法,计算了CH2Br I在乙腈、2-丁醇和环己烷3种溶剂中,在266nm的光激发下的旋轨耦合态的势能曲线,指认了实验观测到的解离产物I(2P3/2)和I*(2P1/2)的具体解离途径.为了理解不同溶剂对光产物重新结合成CH2Br—I和CH2I—Br的影响,对CH2Br I在溶剂中光异构化过程的反应机理进行了探讨.     

激发态1，2-二硫环丁烯去活性和异构化机理的理论研究

运用完全活性空间多组态CASSCF方法研究了激发态1,2-二硫环丁烯（1,2-Dithiete）势能面交叉机理．自旋．轨道耦合（SOC）常数采用完全Pauli-Breit旋轨耦合算符（包括单电子和双电子项）进行计算,其强度为198．37或211．35cm^-1,对不同自旋态跃迂起着重要作用．研究结果表明：光激发1,3-dithiol-2-one导致形成主要产物trans—dithioglyoxal（Trans-MinS0）和次级产物thiolthioketene．计算与实验观察结果一致．     

d3(Re+4)和d4(Os+4)组态晶体能谱的配位场理论分析

本文根据文献[4]提出的配位场理论方法,采用SLГ_SГtτ方案,对晶体K₂PtCl₆中Re⁺⁴(5d³)和Os⁺⁴(5d⁴)离子能谱进行全分析,考虑了全部d³和d⁴组态的静电作用能,正八面体场势能和旋轨偶合作用能,计算了能级随参数变化曲线,能谱理论计算结果与文献[9-10]强场方案计算结果一致,但改正了前人对实验能谱指认不正确之处。     

红宝石能谱的全分析

本文应用配位场理论^[1],采用|dⁿaST_sP_sLTPtr>方案,完成了红宝石能谱的理论计算。在计算中,考虑了全部d³组态内的静电作用能,正八面体场位能,三角场位能和旋轨耦合作用能。我们选择了一组参数,所得的理论计算能谱和谱线分裂,与实验值符合较好。文中也讨论了各参数的改变对于能谱及其分裂的影响。     

基于N,N'-双(3-吡啶基)-对苯二甲酰胺和1,3,5-苯三甲酸的二维Co(Ⅱ)金属有机骨架的合成、结构和磁性

在水热条件下,基于配体N,N'-双(3-吡啶基)-对苯二甲酰胺(3-bptpa)和1,3,5-苯三甲酸(1,3,5-H₃btc),合成了一例具有二维格子结构的钴(Ⅱ)MOF[Co(3-bptpa)(1,3,5-Hbtc)]·2H₂O(1),并进行了红外光谱(FT-IR)、元素分析(EDS)、差热-热重分析(DTA-TG)、X射线单晶衍射(XRD)和磁学表征。 结果表明,每个1,3,5-Hbtc^2-提供1个螯合配位羧基和1个桥连配位羧基与Co(Ⅱ)离子配位。 中心对称的二聚体[Co(3-bptpa)(1,3,5-Hbtc)]₂通过桥连配位的羧基连接成1D梯形链,相邻的梯形链通过3-bptpa与Co(Ⅱ)的配位作用连接为2D格子,从而形成CoN₂O₄变形八面体的配位构型。对配合物1在16~300 K的磁化率数据,使用八面体场下旋轨耦合的各向同性的单离子近似和分子场理论进行分析,Co(Ⅱ)离子表现强的旋轨耦合作用(λ=-100.4 cm^-1),相邻的Co(Ⅱ)离子之间通过桥连配位的羧基传递弱的反铁磁相互作用(zj'=-0.618 cm^-1)。     

活性氮与碘乙烷反应化学发光研究

在流动余辉装置上, 利用N₂空心阴极放电制备活性氮, 研究了活性氮与碘乙烷(C₂H₅I)反应的化学发光. 在620～820 nm波长范围内观察到了较强的发射光谱, 拟合得到的光谱常数表明它来源于NI(b¹Σ^＋→X³Σ^－)跃迁, 并对35个谱峰进行了振动归属. 最后讨论了活性氮中主要成分与C₂H₅I反应的可能过程, 结合辅助性实验分析表明, 活性氮中的N(²P)与C₂H₅I直接反应很可能产生激发态NI(b¹Σ^＋)自由基. 这是利用化学反应直接产生激发态NI(b¹Σ^＋)的首次报道, 观察到的激发态最高振动能级为v'＝6.     

新型手性双核Salen Zn(II)配合物的分子识别研究

采用新型Salen中间体合成了新型Salen Zn(II)配合物. 用紫外-可见光谱滴定法研究了主体双核Salen Zn(II)与咪唑、二胺类等含氮小分子的分子识别行为, 测定了它们的缔合常数. 对咪唑类客体的缔合常数顺序为K^θ(Im)＞K^θ(2-MeIm)＞K^θ(EMeIm); 对二胺类客体缔合常数顺序为K^θ(DAP)＞K^θ(DAE). 主体与咪唑类和二胺类客体的配位数分别是2和1. 主体与这些客体的识别过程为放热、熵减的焓驱动反应. 利用圆二色光谱研究了识别过程的Cotton效应. 用分子力学方法研究了主客体体系的最低能量构型, 通过量化计算对实验事实做了进一步解释.     

N2O+离子B2П态的光谱与光解离动力学

用一束波长为360.55 nm的激光直接作用于超声射流的N₂O分子束, 通过(3+1)共振增强多光子电离(REMPI)过程制备纯净的N₂O⁺(X²П(0,0,0))母体离子, 再用另一束波长在243-278 nm范围的激光将母体离子激发至B²П态后解离. 扫描解离激光波长, 监测NO⁺离子碎片的强度, 从而获得N₂O⁺离子B²П态的光致碎片激发(PHOFEX)谱. 通过拟合转动分辨光谱, 得到了相应的转动常数和自旋分裂常数, 从而区分了A²Σ⁺态高振动能级和B²П态带源的贡献, 明确了N₂O⁺离子B²П态的光谱"带头"位置(37154 cm^-1), 并将获得的振动光谱初步归属为B²П(v₁,v₂,v₃)←X²П的振动跃迁序列. 通过对NO⁺碎片离子的飞行时间质谱峰形的分析, 还获得了解离过程中释放的平均平动能, 并结合电子激发态势能面, 讨论了N₂O⁺离子B²П态的解离机理.     

活性氮与溴分子反应的实验研究

在流动反应管中, 利用高纯N₂空心阴极放电制备活性氮, 研究了活性氮与溴分子碰撞反应得到的发射光谱. 在540～800 nm波段观察到了较强的NBr(b¹Σ^＋→X³Σ^－)跃迁发射谱, 在292 nm处观察到了Br₂(D'→A')辐射跃迁. 实验结果表明, 得到的NBr(b¹Σ^＋)显示出了非弛豫的发射特征, 最高振动能级为ν'＝9. 激发态的NBr(b¹Σ^＋)是由活性氮中的N(²P)原子与Br₂直接反应生成的.