UO22+·nH2O和PuO22+·nH2O(n=2,4,5,6)密度泛函理论研究

首先用密度泛函理论(DFT)方法研究了铀酰和钚酰离子的几何与电子结构,计算结果与实验基本符合,表明DFT方法也能用于含铀和钚重原子的化合物计算.然后对铀酰和钚酰水合离子的几何构型、Mulliken集居数分布以及铀酰(钚酰)与配体水分子的结合能进行计算,计算结果表明UO22+·5H2O和PuO22+·5H2O分别为铀酰和钚酰系列水合离子中最稳定的配合物.     

CH_2=N=N→N=N■反应的过渡态及其反应途径的理论研究

本文讨论了用能量梯度法,在用MINDO/3自洽场方法计算得到的位能面上,分別优化得到线型和三员环型重氮甲烷以及这个单分子反应的过渡态的几何构型。研究了体系在过渡态的九种振动模式和反应途径。体系在反应途径上的每一点都保持C_S点群的对称性。轨道相关图表明反应是对称性允许的。     

密度泛函理论研究SiN与ClO反应的产物通道

利用量子化学从头算和密度泛函理论研究了SiN和ClO的反应机理。在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型;通过频率分析和内禀反应坐标计算对过渡态与反应物和产物的连接关系进行确认。在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对各物种的能量进行校正,得到了反应势能面。计算结果表明,该反应体系存在单态和三态势能面,其中单态势能面上反应通道(1)和(2)是主反应通道,1P4为主产物。     

Cl+CH3OCl反应机理的理论研究

采用从头算方法,对多通道反应体系Cl+CH3OCl的反应机理进行了理论研究.在MP2/6-31+G(d,p)水平下优化了反应物、络合物、产物和过渡态的几何构型,并对得到的平衡几何构型进行了简谐振动频率分析.在相同水平下以过渡态为出发点,通过内禀反应坐标(IRC)理论计算了反应的最小能量路径.并且在MC-QCISD(T)/6-31G(d)高水平下进行了单点能量校正.研究结果表明,该反应存在4条可行的反应通道,其中生成HCl和CH2OCl的通道为主反应通道,其他反应通道为次反应通道.     

一种确定反应中间态几何特征和能量的综合性方法

通过综合使用传统的过渡态优化算法、数学统计工具以及人工神经网络算法(ANN)找到一种不依赖于反应物起始构象而得到化学反应中过渡态结构和能量的方法. 在两个反应物互相接近的过程中, 每一步的几何构象都对应着一个系统能量值. 本研究的目的是尽可能地收集处在反应能量面上的这种能量点值. 通过采用几何参数作为自变量对势能面进行模拟研究, 得到了势能面上对应过渡态结构的一阶鞍点. 采用乙醛负离子和甲醛作为反应物, 对经典的醛醇缩合反应中的亲核进攻步骤进行了研究. 对内禀反应坐标(IRC)路径的计算是从反应物的三组不同起始构象出发, 最终获得了反应势能面上的96个点. 本研究中的势能面采用人工神经网络算法进行模拟研究, 并利用交叉验证方法评估得到的结果, 避免了采用人工神经网络算法时过度拟合情况的发生.     

DFT研究SiN与ClO反应的产物通道

利用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对SiN和ClO反应机理进行了理论研究.在B3LYP/6-311 G(d,p)水平上优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型;通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态与反应物和产物的连接关系进行确认.在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对各物种的能量进行校正,得到了反应势能面.计算结果表明：该反应体系存在单态和三态势能面,其中单态势能面上反应通道(1)和(2)是主反应通道,P4为主产物.     

苯环乙酰基化反应变化途径的CNDO/2的计算

通过CNDO/2计算,分别得到了在苯环乙酰基化反应中,AlCJ₃催化和无催化两种形成(这里有图片19860114-59-1.gif)的反应历程及其能量变化曲线和活化能,给出了该反应的中间体σ络合物的较优几何构型,确认了该体系的溶剂化系数。本文还探讨了π络合物的存在问题。     

HNCS与CX(X=H,F,Cl)自由基反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论的UB3LYP方法，在6-31 G^*水平上按BERNY能量梯度解析法全参数优化了HNCS与CX(X=H，F，Cl)反应势能面上各驻点的几何构型，通过同一水平的振动频率分析确认了中问体和过渡态，并得到各驻点的零点能校正(Ezpc)．通过内禀反应坐标(IRC)计算确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性并得到最小能量途径(MEP)．为了得到体系势能面的更准确信息，在各驻点的UB3LYP／6-31 G^*构型基础上，又进行了UQCISD(T)／6-311 G^**水平上的单点能计算，得到体系的势能面信息和可能的反应机理．应用变分过渡态理论及最小能量途径半经典绝热基态(MEPSAG)、小曲率半经典绝热基态(SCSAG)隧道效应校正的方法计算了标题反应在250～1500K温度范围内的速率常数．研究结果表明，HNCS与CX自由基反应是通过分子间H原子迁移及N—C键的断裂，生成产物CS NCXH．反应均为放热反应．     

UO22＋•nH2O和PuO22＋•nH2O (n＝2, 4, 5, 6)密度泛函理论研究

首先用密度泛函理论(DFT)方法研究了铀酰和钚酰离子的几何与电子结构, 计算结果与实验基本符合, 表明DFT方法也能用于含铀和钚重原子的化合物计算. 然后对铀酰和钚酰水合离子的几何构型、Mulliken集居数分布以及铀酰(钚酰)与配体水分子的结合能进行计算, 计算结果表明UO₂^2＋•5H₂O和PuO₂^2＋•5H₂O分别为铀酰和钚酰系列水合离子中最稳定的配合物.     

Fe/Fe_2和NO反应的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(Density Functional Theory)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe/Fe_2与NO反应的相关微观机理.全参数优化了Fe+NO和Fe_2+NO反应体系在不同重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(Intrinsic Reaction Coordinate)方法对过渡态进行了验证,得到了相对应的反应的微观反应路径.用"两态反应"分析反应机理,计算结果表明2个体系的优先选择路径均为低自旋态进入和高自旋态离开反应.通过对2个体系反应活化能的比较,Fe_2+NO体系更易进行.     

硝酸酯几何构型、生成热和电子结构的PM3 研究

用PM3 SCF-MO方法,通过能量梯度全优化计算,得到39个硝酸酯化合物的分子几何构型、生成热和电子结构。与实验结果和AM₁计算结果进行了比较和评估。     

密度泛函理论研究SiC与C2H4反应的产物通道

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了SiC与乙烯的单重态和三重态反应机理,优化得到了反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型;通过振动分析对过渡态和中间体构型进行了确认。在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对计算得到的构型进行了能量校正。计算结果表明,SiC+C2H4反应在单重态和三重态条件下均可发生,其中单重态反应为主反应通道,1P5为主产物。     

铑碘催化剂催化甲醇羰基化反应的IRC解析

在HF/LANL2DZ水平上, 采用能量梯度法, 研究了铑碘催化剂催化甲醇羰基化反应循环中各基元反应的反应物、中间体、过渡态、产物的几何结构, 并计算了它们势能面的变化. 通过对各基元反应过渡态的IRC解析, 证实了所得各类几何结构是甲醇羰基化铑碘催化循环反应途径上的驻点, 完整给出了循环反应过程中分子沿极小能量途径在各基元反应过程中的构型变化, 并提出了中间体构型转换在循环反应过程中的作用. 通过结构分析, 提出了顺式和反式催化循环反应两种途径之间除催化活性物顺反异构关联外, 还可以通过中间体构型转换关联, 其活化能为49.79 kJ/mol, 并且在还原消除基元反应步骤有既非顺式也非反式的情况, 证明该循环反应可能经历多个途径实现, 但无论何种途径, 碘甲烷氧化加成基元反应是整个循环反应过程的速控步骤.     

异金属铜-氧MAZ分子筛催化甲烷部分氧化反应DFT研究

已有研究证明了Cu-MAZ分子筛催化甲烷部分氧化的优异性且实验表征得出其活性结构含有三核铜结构. 为进一步提高部分氧化活性, 采用MAZ分子筛作为载体体系, 用于三核[Cu3(μ-O)3]2 , 活性结构分别掺杂Pd、Pt、Fe、Co、Ni、Au和Ag, 构建[Cu2MO3]2 异金属活性位. 通过密度泛函理论（DFT）研究不同金属对Cu-MAZ催化甲烷部分氧化反应的能量变化和反应活性的影响, 并分析了活性位、反应中间体、过渡态等结构的几何和电子结构性质, 根据以上结果进一步得到描述符.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2(Full)/6-311G(d,p)计算水平上,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构,沿最小能量途径讨论了异氰酸(HNCO)和甲酰自由基(HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化.指出该反应是一个N-H键断裂和C-H键生成的协同反应.进一步采用UQCISD(T,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正,得出该反应的计算位垒是91.47 kJ/mol,与实验值108.92 kJ/mol接近在500～2500K实验温度范围内,运用变分过渡态理论(CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较     

HNO自由基与O2反应机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)和从头算方法,在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对反应HNO+O_2做了理论计算研究。优化得到了反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型以及相应的能量值、振动频率。通过分析反应路径的能量差异,以及异构化难易程度,发现HNO+O_2反应有2种产物通道:HOONO和HNO_3。其中过氧亚硝酸HOONO是主要产物,有3种稳定的构象。     

烷基过氧化氢中氢提取反应类大分子体系的反应能垒与速率常数的精确计算

自由基与分子反应是一类具有负活化能的非基元反应,通常认为是通过反应复合物的两步过程,在大气化学和碳氢燃料燃烧机理中广泛存在,且在理论计算和实验上广泛研究.以碳氢燃料燃烧机理中重要反应类羟基自由基提取烷基过氧化氢α位氢的反应为研究对象,通过量化计算揭示其反应规律,计算得到其精确动力学参数.在所研究反应类中,定义第一步反应复合物的生成反应的标准摩尔吉布斯自由能变化等于零时所对应的温度为其转折温度T_c,并表明了当T >> T_c时可采用稳态近似法处理该类反应体系,得到总包反应速率常数.所有反应涉及的物种几何结构优化和频率分析均在BHandHLYP/6-311G（d,p）水平下得到,并在所研究反应类中选取了5个代表反应,通过CCSD（T）/CBS单点能计算,得到其最高转折温度为195.17 K,远远低于碳氢燃料燃烧模拟通常关注温度范围的最低温度650 K,表明用稳态近似法处理该类负活化能反应体系是合理的.计算还表明,该类反应的过渡态反应中心几何结构守恒,因此可将等键反应方法引入类反应,通过对低水平从头算得到的反应能垒进行校正,以得到高精度的结果.为了验证等键反应方法的可靠性,选取5个反应作为研究对象,将低水平BHandHLYP/6-311G（d,p）的校正结果和高水平CCSD（T）/CBS直接计算的结果进行比较,反应能垒最大绝对偏差由校正前的19.99 kJ·mol^－1降到校正后的1.47 kJ·mol^－1,表明用等键反应方法,只需在低水平从头算水平下就可以得到高水平的计算结果,从而可解决大分子体系精确动力学参数缺乏的问题.利用等键反应方法计算了20个反应的反应能垒,并结合过渡态理论计算得到了总包反应的速率常数,并揭示了该类反应只在低温段呈现负活化能关系.     

锂电池负极材料CuSn的电子和几何结构

使用基于混合基表示的第一原理赝势法,研究了CuSn化合物的电子与几何结构性质.得出CuSn二元化合物在NaCl结构、 CsCl结构、闪锌矿结构、 WC结构、 NiAs结构和四角结构(在CsCl结构计算的基础上,再沿C轴畸变)下的体系"能量-体积"的关系,即能量与结构相图;还给出了最稳定相的能带结构、电子态密度以及电荷密度分布等性质,也讨论了CuSn在最稳定的NiAs结构下电子键合性质的特点.计算得到的CuSn能量最低结构为NiAs结构,与实验结果一致.     

甲醇与一氧化碳合成甲酸甲酯反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究了甲醇与一氧化碳的微观反应机理. 在B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平上优化了反应物、过渡态及产物的几何构型, 并通过振动分析和内禀反应坐标方法(IRC)分别确认了过渡态的结构与反应途径. 在CCSD/6-311＋＋G(d,p)水平上进行能量校正, 并根据计算的势能面探讨了CH₃OH＋CO反应机理. 结果表明, CH₃OH＋CO反应体系有三个可能的反应通道, 产物分别为甲酸甲酯、乙酸、羟基乙醛. 在无催化条件下, 计算得到生成甲酸甲酯、乙酸和羟基乙醛的反应活化能分别是364.715, 460.775和611.402 kJ•mol^－1, 生成甲酸甲酯和羟基乙醛的反应为吸热反应, 而生成乙酸的反应为放热反应.     

CHF_2Br与激发态氧原子O(~1D)的反应机理研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了CHF2Br与O(1D)的反应机理.首先在B3LYP/6-311+G(d)水平上优化了各驻点的几何结构,并通过频率分析加以确认;然后利用内稟反应坐标理论,以相同的方法计算了反应的最小能量途径,进而确认了过渡态所连接的反应物和产物;最后在B3LYP/aug-cc-pvtz水平上对所有驻点的能量进行了校正.