(Mg3N2)n(n=1～4)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Mg3N2)n(n=1～4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明:(Mg3N2)n=1～4团簇易形成笼状结构,其最稳定构型中N原子配位数以3、4较多见;团簇主要由Mg-N键组成,Mg-N键长为0.194～0.218nm,Mg-Mg 键长为0.262～0.298 nm;N原子的平均自然电荷为-2.06 e,Mg原子的平均自然电荷为 1.37 e;(Mg3N2)2团簇有相对较高的动力学稳定性.     

Al(H2O)63+水交换反应溶剂效应的量子化学团簇模型-密度泛函理论方法研究

在气相模型、极化连续模型、超分子模型和超分子-极化连续模型的基础上,采用量子化学团簇模型密度泛函理论方法,在B3LYP/6-311+G(d,p)基组水平下系统地开展了以下研究:优化得到Al(H2O)63+水交换反应的反应物、过渡态和产物构型,采用MP2方法在相同基组水平下计算得到相应的单点能,考虑零点振动能、热力学校正项和熵等参数的影响,计算得到Al(H2O)63+水交换反应的Gibbs自由能变和反应速率常数kex.计算结果表明:GP-SM//MP2-PCM和GP-SM-PCM//MP2-PCM模型得到的kex相近,并且与文献值相符,说明GP-SM//MP2-PCM模型可以充分考虑真实溶剂效应和主体溶剂效应,适用于Al(H3O)63+体系水交换反应的模拟.     

硅氧团簇(SiO2)nO2H4的密度泛函理论研究

提出硅氧团簇(SiO2)nO2H4的两种新构型: 基于笼状结构和环状结构的构型, 并与链状构型相比较, 用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上计算了三种构型n=2～22(n取偶数)的几何结构、平均结合能、能隙以及能量的二次差分. 分析计算结果发现, 笼状构型不但在n=4和8处存在幻数团簇(实验上已经观察到), 而且预测在n=14处也存在类似的幻数团簇; 此外, 与(SiO2)n团簇不同的是, (SiO2)nO2H4团簇的环状构型的稳定性从n=4开始大于链状构型, 意味着水的加成对硅氧团簇的稳定性有着重要的影响.     

非血红素配合物[FeⅣ(O)(TMC)(NCMe)]2+与[FeⅣ(O)(TMCS)]+的几何结构、电子结构、成键性和反应活性比较

采用密度泛函理论计算了[FeⅣ(O)(TMC)(NCMe)]2+ 和[FeⅣ(O)(TMCS)]+的电子结构、反应活性和Fe—O的成键性. 几何构型的优化采用非限制性的B3LYP混合密度泛函方法, 重原子Fe的优化采用是LanL2dZ基组, C, H, O, N和S的优化采用TZV基组, 理论计算结果与实验结果相符. 通过对轨道系数和键级的分析发现, TMC配位基对Fe—O的π键几乎没有影响. 由于竖直方向的硫甲基配位基的轨道与Fe的3d轨道具有较强的重迭, 而乙腈配位基作为轴向配体时, 这种重迭则小得多, 导致了两种配合物在电子结构和反应活性上存在一定的差别.     

H8Si8O12和H8Si7TiO12 团簇的几何构型和电子结构的从头算研究

应用HF、 MP2和杂化的B3LYP方法,使用3-21G基组,对H8Si8O12 和H8Si7TiO12团簇的几何构型、总能进行了计算,并在B3LYP/3-21G的水平上对硅原子的核磁共振化学位移进行了研究,得到的几何构型,以及核磁共振化学位移与实验结果进行了比较,发现吻合得很好。计算了H8Si8O12和H8Si7TiO12团簇的Mulliken布居数的大小。并对Si原子被Ti原子取代前后的H8Si8O12体系的几何构型、 Mulliken布居数的变化进行了比较和研究。     

气相和水溶液中铀酰配合物UO2L2-n*an(L=F-,CO2-3,NO-3;n=0-6, a=1,2)的结构和振动光谱

通过对铀采用相对赝势基组,其它原子使用6-31+G(d)基组,应用密度泛函理论(DFT)以及B3LYP方法对UO2+2离子与F-、CO2-3和NO-3的各配位结构进行优化和频率计算.计算考虑了气相和水溶剂化两种状态,其中溶剂化模型采用连续导体介质理论模型(CPCM).计算结果显示配体的配位数与O=U=O对称伸缩振动频率存在线性关系.配体在气相和水溶液中存在的关系基本符合通式:vs=-Agasn+983和vs=-Aagn+821(Agas和Aaq为常数,表示每增加一个配体振动频率的变化值;n为配体配位数).其中F对应Agas=53 cm-1,Aaq=11 cm-1;CO2-3对应Agas=85 cm-1,Aaq=19 cm-1;NO-3对应Agas=48 cm-1,Aaq=-10 cm-1.并且Aaq值与实验值一致.     

气相和水溶液中铀酰配合物UO2L 2-n*an (L=F-, CO2-3, NO-3; n=0-6, a=1, 2)的结构和振动光谱

通过对铀采用相对赝势基组, 其它原子使用6-31+G(d)基组, 应用密度泛函理论(DFT)以及B3LYP方法对UO2+2离子与F-、CO2-3和NO-3的各配位结构进行优化和频率计算. 计算考虑了气相和水溶剂化两种状态, 其中溶剂化模型采用连续导体介质理论模型(CPCM). 计算结果显示配体的配位数与O=U=O对称伸缩振动频率存在线性关系. 配体在气相和水溶液中存在的关系基本符合通式: νs=-Agasn+983和νs=-Aaqn+821(Agas 和Aaq为常数, 表示每增加一个配体振动频率的变化值; n为配体配位数). 其中F-对应Agas=53 cm-1, Aaq=11 cm-1; CO2-3对应Agas=85 cm-1, Aaq=19 cm-1; NO-3对应Agas=48 cm-1, Aaq=-10 cm-1. 并且Aaq值与实验值一致.     

(H2O)m（HBr）n（m+n≤4）团簇的结构与性质

利用杂化密度泛函方法B3LYP结合6-311++g(2df,2p)基组研究了(H2O)m(HBr)n(m+n≤4)混合团簇的结构及红外光谱.确定了团簇的稳定结构以及键能,发现分子间以红移氢键的形式结合形成混合团簇,且H2O分子个数为3时HBr发生解离.理论模拟了稳定结构的红外光谱,并分析了红外光谱主要吸收峰所对应的振动模式.通过自然键轨道(NBO)分析发现了红移氢键是由质子供体与质子受体间的超共轭作用决定的.     

[Ca(NH2)2]n (n＝1～5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对[Ca(NH2)2]n (n＝1～5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化, 预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究. 结果表明: 团簇易形成环状结构, 以金属Ca原子团簇作为骨架, NH2基结合在金属团簇骨架上, 并主要是Ca—N成键和Ca—Ca成键. 团簇中Ca—N键长为0.225～0.257 nm, Ca—Ca键长为0.312～0.354 nm, N—H键长为0.102～0.103 nm, H—N—H键角为102.9°～104.2°; 团簇中Ca原子的自然电荷在1.657e～1.720e之间, N原子的自然电荷在－1.543e～－1.592e之间, H原子的自然电荷在0.349e～0.367e之间, Ca原子和NH2基之间相互作用呈现较强的离子性;对比团簇和晶体的结构及IR谱表明, NH2基在团簇和晶体中的结构基本一致.     

Pdn(n=2～13)团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法计算并讨论钯原子团簇Pdn(n=2～13)结构模型.通过对钯原子团簇进行几何构型优化和振动频率计算,找出团簇总能量最低的同分异构体.由于Jahn-Teller效应的存在,团簇的最稳定结构采取对称性较低的几何构型.在钯原子数相同时,往往存在多个能量极为相近的稳定构型.单位原子平均静态极化率呈奇偶变化.     

羰基镍簇Ni(CO)n(n=1-4)的结构和Ni-CO键解离性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下, 应用不同泛函计算了配合物Ni(CO)n(n=1~4)的平衡几何构型和振动频率. 考察了泛函和基组重叠误差对预测Ni—CO键解离能的影响. 计算结果表明, 用杂化泛函能得到与实验一致的优化几何构型和较合理的振动频率. 对Ni(CO)n(n=2~4)体系, 用“纯”泛函, 如BP86和BPW91, 可得到与CCSD(T)更符合、 并与实验值接近的解离能. 当解离产物出现单个金属原子或离子(如金属羰基配合物的完全解离)时, BSSE校正项的计算中应保持金属部分的电子结构一致. 只有考虑配体基组和不考虑配体基组两种情况下金属的电子构型与配合物中金属的构型一致时, 才能得到合理的BSSE校正, 从而预测合理的解离能.     

Pt_nNi_m（n＋m=7,n,m≠0）团簇结构稳定性与磁学性质

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对PtnNim团簇的各种可能构型进行了几何结构全优化,得出了它们的基态构型,并对其稳定性和磁学性质进行了计算研究.研究结果表明：PtnNim团簇的基态结构都为立体结构,对称性较低,多重度较高,Pt5Ni2团簇的稳定性最好;从磁性上看,Pt...     

呋喃-乙酸分子间相互作用的量子化学研究

用密度泛函理论B3LYP方法选取6-311＋＋G(d,p)基组对呋喃-乙酸复合物进行了量子化学计算研究, 通过在相同水平下的频率振动分析发现了该势能面上6个极小值点, 其最稳定构型对应一强O…H—O型氢键, 其结合能在消除基组重叠误差后为－20.87 kJ•mol^－1. 通过自然键轨道(NBO)分析, 研究了电荷转移及轨道相互作用. 通过自洽反应场(SCRF)理论中的Onsager 溶剂模型在介电常数分别为1.0, 2.247, 4.9, 7.58, 10.36, 20.7, 32.63, 38.2, 46.7, 78.39的不同溶剂环境下重新优化呋喃与乙酸势能面上最稳定构型A, 研究了溶剂对呋喃-乙酸复合物几何构型、电荷分布、偶极矩以及结合能的影响. 发现溶剂化作用增大了呋喃与乙酸分子间的结合能, 导致O…H距离减小, H—O振动频率红移. 当溶液介电常数在1.0～32.63范围时, 溶剂效应十分显著, 当介电常数大于32.63后, 溶剂化作用几乎达到了极限.     

Ti_3P_6~+团簇结构的理论研究

利用密度泛函理论中的B3LYP方法，选择LANL2DZ双Zeta基组，并考虑极化函数 ，对Ti_3P_6~+团簇可能存在的几何构型进行了理论计算研究，得到了Ti_3P_6~+具 有C_s对称性的最稳定构型，所得构型很好地说明了激光光解的实验结果。     

CaSi_n(n=1～10)团簇结构、稳定性与光谱性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组的水平上系统研究了CaSin(n=1~10)团簇的几何构型、稳定性与光谱(红外与拉曼)性质.研究结果表明,CaSin团簇构型是在CaSin-1构型上戴帽1个原子而形成的;当n≥4,CaSin团簇的最低能量结构均为立体构型;Ca原子的掺杂降低了体系的化学稳定性;CaSi3与CaSi5是幻数结构;在相同的观察频段内,CaSi3团簇的红外与拉曼活性在低频段均表现较好,而在高频段拉曼活性则表现较差,与之不同的是CaSi5团簇的红外与拉曼活性在整个频段内都表现的较好.     

第一性原理对Sr2 /甲醇溶液微团簇结构的分析

利用光谱实验和第一性原理研究了SrCl2/甲醇溶液中离子的溶剂化微团簇现象。计算采用B3LYP中6-31G(d,p)基组和TPSSTPSS中LANL2DZ基组。通过对低浓度锶甲醇溶液中可能存在的团簇构型进行优化和热力学常数计算,获得了溶液中较稳定的微团簇构型及其构型随浓度变化相互转化的规律。     

盐-N,N-二甲基甲酰胺/乙醇双溶剂体系的荧光光谱分析

利用荧光光谱和量子化学计算方法研究了LiCl和MgCl2对N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙醇双溶剂体系的微观结构变化的影响。通过对DMF的N—C O键以及盐与DMF和乙醇相互作用的研究发现,离子溶剂化作用导致溶剂体系结构变化,生成多种具有荧光属性的团簇,且随浓度的变化而变化。结合具有荧光属性的团簇分子跃迁能和可能的配位构型的优化以及热力学性质计算得到,共轭体系越大的团簇分子受盐的影响越小且其跃迁能越小的规律。比较Li+和Mg2+形成配位构型离子簇的稳定性和荧光强度,说明了离子极化对溶剂化的影响。     

密度泛函理论研究(IrO2)n(n = 1-5)纳米团簇的稳定性及其电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法全参数优化了(IrO_2)n(n=1~5)纳米团簇的几何构型,并对能量、频率、电子性质以及相对稳定性进行了研究。结构优化表明,当n=1,2时,团簇为平面结构,n2时为三维结构。计算结果表明,桥位O原子与Ir原子之间有更多的电荷发生转移;通过计算解离能可知(IrO_2)n(n=2~5)纳米团簇中Ir4O8为稳定分子;经计算垂直电离能和垂直电子亲和势可知n=2,4为团簇的幻数。     

盐/甲醇体系荧光光谱的分析和指认

研究了CaCl2、LiCl和Ca(NO3)2在甲醇溶液中的荧光光谱,并对溶液中可能的团簇构型采用密度泛函理论和含时(TD)密度泛函理论中的B3LYP方法进行结构优化和激发能计算.实验结果表明CaCl2和LiCl与甲醇形成了具有荧光性质的簇合物,且随着CaCl2和LiCl浓度的增加溶液的荧光强度整体呈增强趋势,而Ca(NO3)2与甲醇相互作用使甲醇发生荧光猝灭.理论计算得到盐/甲醇溶液中可能存在多种簇合物,但能使甲醇溶液荧光增强的团簇构型主要为[CaCl(CH3OH)n]+和LiCl(CH3OH)n,而NO3-与甲醇通过氢键作用形成簇合物的振荡强度几乎为零,解释了NO3-使甲醇发生荧光猝灭的现象.     

烟酸二聚体的结构与性质

用密度泛函理论B3LYP方法选取6-311+G(d,p)基组对烟酸-烟酸复合物进行了量子化学计算研究, 通过在相同水平下的频率振动分析发现了势能面上存在7个极小值点, 其最稳定构型1对应一N…H—O型强氢键, 其结合能在消除基组重叠误差后为-48.3 kJ·mol-1. 通过自然键轨道(NBO)分析, 研究了电荷转移及轨道相互作用. 通过自洽反应场(SCRF)理论中的极化连续模型(PCM)在介电常数分别为1.0(真空)、2.247(苯)、10.36(二氯乙烷)、20.7(丙酮)、32.63(甲醇)、78.39(水)的不同溶剂环境下重新优化烟酸复合物势能面上最稳定构型1, 研究了溶剂对烟酸复合物几何构型及结合能的影响. 发现溶剂化作用增大了烟酸复合物分子间的结合能, 导致N…H距离减小. 当溶液介电常数在1.0-32.63范围时, 溶剂效应十分显著, 当介电常数大于32.63后, 溶剂化作用趋于稳定.