Cu(100)表面吸附HCN和HNC的密度泛函研究

采用密度泛函方法，以原子簇Cul4为模拟表面，对氢氰酸(HCN)和异氰酸(HNC) 在Cu(100)表面上不同吸附位的吸附情况进行了研究．结果表明：HCN和HNC分别通 过原子N和C垂直吸附在表面上时，顶位是其最佳吸附位，且是吸附能为18．5kJ· mol^-1和42．6kJ·mol^-1的弱吸附，计算结果与实验相符．C—N(HCN)键或N—C (NHC)键偏离垂直的分子轴线的吸附体系均不稳定．顶位吸附时HCN和HNC分子的C- N键振动频率均发生蓝移．     

苯在Ag(100)表面吸附的周期性密度泛函理论研究

 采用量子化学中的密度泛函理论结合平板周期模型方法,研究了苯在Ag(100)面上的吸附方式和相对稳定性. 通过对不同吸附位置的吸附能和几何构型参数的比较发现,苯在Ag(100)表面的吸附属于较强的化学作用,穴位吸附的稳定性优于桥位,顶位吸附最不稳定. 吸附的苯分子的平衡构型发生扭曲, C-C键有较大程度的伸长; C-H键的键长基本不变,但是偏离苯环平面,并背离Ag(100)表面. 在吸附过程中,电子由苯向表面银原子转移. 本文给出了详细的轨道示意图和电荷布居分析,并且与相关的实验和理论研究结果进行了比较.     

极性有机物在零价态过渡金属表面的配位化学反应

咪唑、腈、酯类等极性有机物吸附在铜、铂、银、汞等过渡金属表面时,氮原子或氧原子上的孤对电子插入金属原子的外层价轨道,在表面生成零价态金属原子的配合物。由于电子的迁移,使金属原子及有机物中相应的化学键同时被活化。这一现象被作者称为"表面吸附层的配位双活化效应"。在有氧存在时,零价态金属原子极易与上述有机物发生化学反应,导致了N-H键、C≡N键或C-O键的破裂,生成超薄化学吸附层覆盖在金属表面。     

氧原子在银原子簇表面吸附重构的DFT研究

选取三层原子簇模型模拟Ag(110)表面,采用量子化学的电子密度泛函方法(DFT)研究了氧原子吸附在Ag(110)表面而引起银表面的多种重构现象。通过计算体系结合能优化得到吸附后体系的表面几何构型,并给出了相关的电离能、电子跃迁能。计算表明：氧原子吸附在银原子的长桥位上,位于银表面之上约0.4　处,氧原子的吸附引起银原子表面强烈弛豫。第一、二层银原子间距扩张;第二、三层银原子间距收缩。由于氧原子的吸附,第一层银原子出现丢失行现象,第二层银原子出现两两成对现象,而第三层银原子出现弯曲现象。     

N2分子在UO(100)表面的吸附与解离

运用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)的VWN-BP方法结合周期性平板模型, 研究N2在UO(100)表面的吸附. 研究表明, N2平行吸附在UO(100)表面穴位为最稳定吸附构型, 吸附能为79.0 kJ·mol-1. Mulliken布居分析显示, N2获得电子. 吸附后, N—N伸缩振动频率发生红移, 波数在1770-2143 cm-1之间. 态密度分析表明, U原子将d、f电子转移至N2的2π轨道. 计算所得解离反应的能垒为266.9 kJ·mol-1.     

苯在Au(100)表面化学吸附的周期性密度泛函理论研究

采用局域密度泛函理论(LDA)的VWN方法, 结合周期平板模型, 在DNP基组下, 研究了苯分子在Au(100)面的吸附情况. 构型优化的结果表明, 苯分子在穴位吸附活性最高, 吸附能为－184.8～－184.3 kJ•mol^-1, 苯环发生扭曲, C—C键明显拉长, 出现了介于苯和1,4-环己二烯之间的船状构型, 船头的2个C原子从sp²杂化重新进行sp³杂化. 苯分子在桥位和顶位的吸附活性较低, 吸附能分别为－156.7～－145.3 kJ•mol^-1、－116.5～－117.0 kJ•mol^-1, 苯分子构型有稍微的改变. 轨道分析的结果还表明, 吸附之后苯分子的轨道简并度降低, 苯分子的LUMO轨道和邻近Au原子的d_z²轨道叠加比较好, 两个对位的C原子以双σ形式连接到表面邻近的Au原子上.     

咪唑键合细胞色素C的核磁共振共振研究

我们用^1HNMR双共振技术测定了在pH=7.04,温度303-319K范围内咪唑键合氧化型细胞色素C的平衡常数,从Van'tHoff和Arrhenius方程得到键合的热力学常数△H=48.5kj·mol^-1,△S°=184J·mol^-1·K^-1和活化能E~a=159kj·mol^-1,并与其它血红素蛋白和模型化合物的热力学常数作了比较和讨论.用饱和转移法归属了cytc·Im的血红素环上甲基峰,首次用NMR方法确证咪唑在与氧化型cytc反应中取代了轴向Met80,形成新的Fe-N键.     

咪唑键合细胞色素C的核磁共振共振研究

我们用^1HNMR双共振技术测定了在pH=7.04,温度303-319K范围内咪唑键合氧化型细胞色素C的平衡常数,从Van'tHoff和Arrhenius方程得到键合的热力学常数△H=48.5kj·mol^-1,△S°=184J·mol^-1·K^-1和活化能E~a=159kj·mol^-1,并与其它血红素蛋白和模型化合物的热力学常数作了比较和讨论.用饱和转移法归属了cytc·Im的血红素环上甲基峰,首次用NMR方法确证咪唑在与氧化型cytc反应中取代了轴向Met80,形成新的Fe-N键.     

MgO缺陷和不规则表面吸附Cl2的电子结构研究

采用从头算程序对MgO表面 3种不同配位位置吸附Cl2 的构型进行优化 ,并用扩展休克尔紧束缚 (EHT)晶体轨道方法对MgO的缺陷和不规则表面吸附Cl2的可能构型进行能带计算 ,讨论了吸附前后能带组成和成键性质的变化。研究表明 :MgO表面吸附Cl2 将更趋向于吸附在O原子上而非Mg原子上 ,而且在 3种配位中MgO表面三配位氧最有利于吸附Cl2 ;吸附时 ,电子从O原子转移到Cl2 分子的反键轨道 ,但是各种吸附构型的MgO表面对Cl2 的吸附作用均比较微弱 ,是典型的物理吸附。     

MgO缺陷和不规则表面只附Cl的电子结构研究

采用从头算程序对ＭｇＯ表面３种不同配位位置吸附Ｃｌ２的构型进行优化,并用扩展休克尔紧束缚（ＥＨＴ）晶体轨道方法对ＭｇＯ的缺陷和不规则表面只附Ｃ１２的可能带计算,讨论了吸附前后能带组成和成键性质的变化。研究表明：ＭｇＯ表面吸附Ｃｌ２将更超向于吸附在Ｏ原子上而非Ｍｇ原子上,而且在３种配位中ＭｇＯ表面三配位氧最有利于吸附Ｃｌ２;吸附时,电子从Ｏ原子转移到Ｃｌ２分子的反键轨道,但是各种吸附的ＭｇＯ表面对Ｃ     

硫脲及其衍生物的SERS和量子化学研究

Adsorption of thiourea (TU) and ethylthiourea(ETU) on roughened silver electrode was investigated using in- situ surface enhanced Raman spectroscopy(SERS). Using quantum chemistry and HSAB theories, the influences of electrode potential and the different substituent groups on SERS were discussed. TU is chemisorbed perpendicularly by Ag-S bond on silver at E=-0.3 V and adsorption of TU turns into a parallel orientation at E=-0.9 V. ETU is always chemisorbed at an angle from Ag. The adsorption of ETU is through C=C and C=O groups at E=-0.3 V, and mainly through C=C at E=-0.9V.     

The surface enhanced Raman spectrum of 2,6-lutidine

The surface enhanced Raman spectrum of 2,6-lutidine adsorbed on a polycrystalline Ag surface is reported along with a discussion of the effect on the methyl vibrations of adsorption on the electrode. The observation of an AgN stretch and small shifts of the methyl vibrations on the surface lead to a model of the molecule-surface interaction. If the molecule is adsorbed on a (100) or (110) face, surface roughness on an atomic scale is required to explain the observations. If the molecule is adsorbed on a (111) face, no surface roughness need be invoked. In either case a metalnitrogen bond somewhere between the van der Waals (physisorbed) and covalent (chemisorbed) limits is indicated.     

有机氟化合物量子化学研究 I: 二氟乙炔分子中化学键特性的从头计算

实验发现, F-C≡C-F与H-C≡C-H相比, 其C≡C三重键的离解能要小250.8kJ/mol,而该键的键长却比C~2H~2的短。这与"键越短键就越强"的传统看法不一致。我们通过从头计算研究, 发现主要原因是C~2F~2分子中F原子的孤对电子对C≡C三重键起反键作用, 从而削弱了C≡C三重键的强度; F原子的吸电子性又使C的原子轨道收缩效应增强,而使得C≡C三重键变短。     

锂在共轭双键高分子中的电化学嵌入反应Ⅱ:锂在聚吡咯中嵌入反应的量子化学研究

本文用量子化学CNDO/2方案计算,取文献中吡咯骨架原子的结构参数,再优化锂嵌入聚吡咯的几何参数.结果表明不管是Li+离子还是中性Li原子,嵌入单个吡咯上还是嵌入两个吡咯之间,它与吡咯环四个碳原子平面的距离都为0.210到0.216nm.且锂与碳原子键合,形成多中心键,锂嵌入聚吡咯后,固有的Ca=Cs双键的键级和键能明显减弱.这与前一报中发现IR谱的1560cm-1吸收峰消失相一致.锂正离子嵌入聚吡咯后,使吡咯的前沿π*空轨道的能量由正变为负值,而成为电子接受体(正极).遍及全部聚吡咯的π*LUMO和HOMO使得聚吡咯呈现导电性能.     

有机磷化合物的研究 66.亚磷酸二酯对碳氮双键诱导不对称加成反应的分子力学研究

本文应有MNDO和MM2(85)研究了亚磷酸二酯对碳氮双键的诱导不对称加成反应的结构效应,催化剂种类和浓度以及溶剂等因素对诱导方向及de值的影响.结果表明,反应的诱导方向及诱导效果强烈地受到在反应过渡态中诱导基团的苯环与催化剂配合作用的影响.当苯环不参与配合时,诱导产物以R构型为主;当苯环参与配合时,诱导产物以S构型为主.该模型解释了催化剂种类和浓度、溶剂及酯烷基等结构效应.     

Cluster and periodic DFT calculations: the adsorption of atomic nitrogen on M(111) (M = Cu, Ag, Au) surfaces

First-principle density functional calculations with cluster and slab models have been performed to investigate adsorption and thermally activated atomic nitrogen on M(111) (M = Cu, Ag, Au) surfaces. Optimized results indicate that the basis set of the N atom has a distinct effect on the adsorption energy but an indistinct one on the equilibrium distance. For the N/M(111) adsorption systems studied here, the threefold face centered cubic (fcc) hollow site is found to be the most stable adsorption site. The reason for the fcc site is that the perfected adsorption site has been explained by the density of states (DOS) analysis, that is, that N(2p) has the smallest DOS population near the Fermi level on the fcc site as compared with other adsorption sites. The variations of the adsorption energy as a function of adsorption site are similar and in the following order of N-M(111) binding strengths on a given site: Cu(111) > Ag(111) > Au(111). It is found that the N atom forms essentially an ionic bond for the most stable site. Large contributions between the M(ns) and N(2p) orbitals (n = 4, 5, and 6 for Cu, Ag, and Au, respectively) are found for the cluster model at the B3LYP/LANL2DZ-6-31G(d,p) level and also found in the slab DFT-GGA calculation results, which are the main characteristics of M-N bonds. At last, the dissociation of N2 on Cu(111) and Au(111) has also been obtained in this work, and the results showed that the dissociation of N2 on Cu(111) is more active than that on the Au(111) surface.     

NOx分子在[Ag]-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论(DFT)的广义梯度方法GGA/BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石([Ag]-AlMOR)结构及其对NOx分子吸附性能的影响, 获得吸附复合物的平衡几何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据. 结果表明, NOx分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮(或氧)原子上的孤对电子和Ag+间的静电作用力. 吸附能数据表明, NOx分子以η1-N模式吸附在[Ag]-AlMOR分子筛中的结构更稳定; 在η1-N模式中, NOx分子吸附作用强度的次序为NO>NO2>N2O. 红外振动频率结果表明, 吸附态NOx分子中N—O和N—N键伸缩振动频率的位移趋势与N—O和N—N 键变化规律基本相一致. 另外, 对[Ag]-AlMOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析.     

银/氧化铝催化乙醇选择性还原氮氧化物过程中典型中间体的吸附态研究

机动车污染物排放是我国大气复合污染形成的重要原因之一.尽管柴油车在我国机动车保有量中所占比例不到20%,但其排放的颗粒污染物(PM)和氮氧化物(NOx)分担率均超过60%.因此,控制柴油车尾气排放成为我国亟待解决的大气污染问题.目前,氨选择性催化还原NOx技术(NH3-SCR)已规模化应用于柴油车污染排放控制,出于安全性考虑,以尿素水溶液作为氨的来源.但NH3-SCR技术应用于柴油车尾气净化存在如下缺点：需要布建庞大的尿素添加基础设施、后处理系统复杂等.与此相反,以车载燃油为还原剂来源的HC-SCR技术可有效规避上述难题,展现了较好的应用前景.但是,直接以柴油为还原剂时, HC-SCR对NOx净化的效率还难以满足日益严格的排放法规的要求,因此需要深入研究HC选择性还原NOx的微观机制与构效关系,并以此为指导,发展以车载燃料为还原剂来源的高效净化NOx的新原理和新方法.已有的研究表明,银/氧化铝(Ag/Al2O3)具有优异的催化乙醇选择性还原NOx的能力,是最有希望应用于柴油车尾气NOx净化的催化剂-还原剂组合体系.鉴于此,本论文以Ag/Al2O3催化剂上乙醇-SCR反应为研究对象,以密度泛函理论计算方法(DFT)搭建了Ag/Al2O3催化剂的理论模型,考察了反应物乙醇(CH3CH2OH)、关键中间体(烯醇式物种CH2=CHO?和?NCO)在Ag/Al2O3催化剂上的吸附特征,采用电子态密度分析(DOS)研究了以上物种被活化的电子机制,以期甄别Ag/Al2O3催化乙醇选择性还原NOx的活性位结构,为高性能的HC-SCR催化剂设计提供指导.
　　依据化学态的不同, Ag/Al2O3催化剂上活性组分银可分为：高度分散的离子态(Ag+、在催化剂表面以Ag?O形式存在)、部分氧化团簇(Agnδ+)和金属颗粒银(Agn0),其中氧化态的银是催化乙醇选择性还原NOx的活性组分. Al2O3载体的主要暴露晶面为(110)和(100),在上述晶面上Al的配位状态存在明显差异,显著影响了银物种的锚定与分散,形成了具有不同键合特征的Ag?O?Al结构.基于对Al2O3暴露晶面上Al配位状态的分析,搭建了6种Ag?O?Al结构模型.结合Al MAS NMR对Ag/Al2O3实际催化剂的表征结果和理论模型吸附能的分析,获得了最为可能的两种Ag?O?Al结构： Ag?O?Altetra(AlO4)和Ag?O?Alocta(AlO6);前者为AgO与Al2O3(110)面Altrip位键合形成的特征结构(Al最终为四配位),后者系AgO锚定于Al2O3(100)面Alpenta位的能量最优结构(Al最终为六配位).
　　在Ag?O?Altetra上, Altetra位具有较强的酸性, Ag、Al原子轨道的杂化融合有利于电子转移;以上特性促进CH3CH2OH、CH2=CHO?、?NCO的吸附活化.在HC-SCR反应中,关键中间体?NCO通过与NOx直接反应可形成最终产物N2和CO2.可见,?NCO中N=C键的拉伸活化、断裂对上述反应的发生至关重要.由电子态密度分析可知, N=Cσ键能向Ag?O?Altetra中Altetra位转移电子,而Ag与Al的轨道融合能反馈电子到N=C π键;在这两种电子转移机制作用下,?NCO中的N=C键被最大程度弱化,有利其断裂,转化为最终产物N2和CO2.而Ag?O?Alocta上,并没有N=C键的活化拉伸,反而呈现出N=C键收缩趋势,不利于N=C键的断裂与最终产物的形成.由此推定, Ag?O?Altetra是Ag/Al2O3催化剂上HC-SCR反应的活性中心.     

Fe2S2Cl4^2^-电子结构的从头计算

从头计算了FeS2Cl4二价负离子,证实了Fe3d为主的分子轨道不处于前沿地位,而是属于S和Cl孤对能级原子布居数表明铁原子是4s电子的强给予体,3d电子的弱接受体,但是硫和氯原子都是P电子接受体.     

CO和NO在CuO及Cu2O(110)表面吸附选择规律研究

采用离散变分Xα方法分别计算了CO和NO以C（或N）端顶位吸附在CuO（110）及Cu2O（110）表面上的基态势能曲线,结果表明：CO在Cu2O表面上的吸附强,而在CuO表面上的吸附弱;NO则在CuO表面上吸附强,在Cu2O表面上吸附弱．它们的吸附能的大小顺序为：CuO－NO＞Cu2O－CO＞Cu2O－NO＞CuO－CO．对于CuO－NO（或CO）吸附体系,主要是Cu的3d轨道与吸附分子的2π轨道间的相互作用;对于Cu2O－CO（或NO）吸附体系,则主要是吸附质分子的5σ及2π分子轨道与其顶位Cu1的4s及4p轨道和侧位Cu2的3d轨道相互作用．本文通过吸附势能曲线、态密度分析、成键分析及电荷转移量和方向等方面对实验现象做了合理的解释．