电场对杂金属串配合物[CuCuM（npa）4Cl]+（M=Pt,Pd,Ni）结构影响的理论研究

在Cl→M(r)和M(r)→Cl两个方向电场作用下,采用密度泛函UBP86方法研究了线性杂金属串配合物[CuCuM(npa)4Cl]+(1:M=Pt,2:M=Pd,3:M=Ni)的几何和电子结构的变化规律.总体上,电场作用下高电势端原子的自旋密度减小而低电势端原子的自旋密度增大,原子的负电荷向高电势方向移动,分子能量下降,偶极矩呈线性变化;前线轨道分布呈规律性变化,随电场增大前线占据轨道能升高的显著性次序为πnb>σ*>δ*M(r)—N(r),这使前线占据轨道能级易交错.在Cl→M(r)电场作用下,自旋密度由Cu向杂金属M离域,Cu的正电荷向M转移;分子能量下降更显著;Cu—Cu和Cu—M键缩短,前线轨道能隙减小,利于金属链的电子传输.而M(r)→Cl电场则使Cu—Cu,Cu—M键增长,但对分子能量及金属原子的电荷密度和自旋密度的影响不明显,当增大至一定电场强度后金属原子的自旋密度保持不变,两个方向电场作用下自旋密度的变化呈明显的非对称性.故1～3可能具有分子整流器的潜在应用.     

电场对金属串配合物M3(dpa)4Cl2 (M=Co,Rh, Ir; dpa=dipyridylamide)结构的影响

应用密度泛函理论PBE0 方法研究具有分子导线潜在应用的金属串配合物M₃(dpa)₄Cl₂ (1: M=Co, 2: M=Rh, 3: M=Ir; dpa=dipyridylamide)在电场作用下的几何和电子结构. 结果表明: 配合物基态均是二重态. 1和2的M₃⁶⁺金属链形成三中心三电子σ键, 3 中M₃⁶⁺形成三中心四电子σ键且存在弱的δ键. 随金属原子周期数增大其M―M键增强、LUMO与HOMO能隙减小、金属原子的反铁磁耦合减弱以至消失且自旋密度向配体的离域增强. 在Cl4→Cl5 电场作用下, 低电势端的M3－Cl5 键缩短, 高电势端的M2―Cl4 键增长, M―M平均键长略为缩短, M―M键增强, 有利于分子线的电子传递; 分子能量降低, 偶极矩线性增大. 低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4 转移, 且3 中金属原子的正电荷由高电势端向低电势端的转移较明显, 自旋电子由低电势端向高电势端金属原子移动, 但桥联配体dpa^-与M和Cl 所在的分子轴间没有电荷转移. 电场使LUMO与HOMO能隙减小, 有利于分子的电子输运. 随金属原子周期数增大, 电场作用下M―M平均键长变化减小, LUMO、HOMO的能级交错现象减少.     

双核钯配合物Pd2L2和Pd2L2X2 (L＝Me2PCH2PMe2; X＝F, Cl, Br, I, H)的量子化学理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对Pd(0), Pd(I)双核配合物Pd2L2和Pd2L2X2 (L＝Me2PCH2PMe2; X＝F, Cl, Br, I, H)的几何结构和电子结构进行了研究. 研究表明Pd2L2中Pd原子间的相互作用主要来自电子相关效应, Pd2L2X2中Pd原子间的相互作用则主要来自d轨道的成键作用. MP2方法和局域泛函Xα方法能对两类配合物的几何结构给予准确的描述. 在Pd2L2中, Pd原子的4d电子组成一一对应的成键、反键轨道, 轨道作用相互抵消使Pd原子间仅存在微弱的相互作用. X原子与Pd2L2的作用使Pd—Pd反键轨道电子占据数减少, 成键作用加强. 两类配合物的 Pd—Pd键长与NAO键级之间存在很好的线性关系. 还对Pd2L2和Pd2L2X2的低占据电子激发态进行了含时密度泛函理论计算, 分析不同配合物的电子跃迁特征, 并就卤素配体对Pd2L2X2光谱性质的影响进行了讨论.     

呋喃与HCl和CHCl3构成的分子间氢键的理论研究

量子化学从头算方法MP2研究了呋喃-HCl体系和呋喃-CHCl₃体系的分子间氢键的本质. 主要研究了这两个体系中新的氢键类型C(Cl)—H…O和C(Cl)—H…π的相互作用. 研究表明, 氯仿与呋喃分子之间的相互作用使氯仿中C—H键长缩短, 振动频率增大(蓝移), 而HCl与呋喃分子之间的相互作用使H—Cl键长增长, 振动频率减小(红移). 利用自然键轨道(NBO)分析表明电荷从质子受体转移到C—H反键轨道和Cl原子的孤对电子轨道上.     

DFT法研究阴离子识别剂[Ru（bpy）2L]2+（L=H2biim,H2bbim）去质子后结构变化

配合物[Ru(bpy)2(H2biim)](PF6)2(1)(bpy=2,2′-联吡啶,H2biim=2,2′-联咪唑)和[Ru(bpy)2(H2bbim)](PF6)2(4)(H2bbim=2,2′-苯并联咪唑)是良好的阴离子识别剂.用密度泛函理论方法研究了2种阴离子识别剂脱去质子后的几何结构和电子结构的变化.计算结果表明:脱去质子后配合物HOMO轨道上电子云分布由中心钌原子转移到(苯并)联咪唑上,而LUMO轨道虽然能量增加但电子云仍然分布在bpy配体上;另外,最高占居轨道HOMO与最低空轨道LUMO的能量差ΔεL-H逐渐减小,相对于配合物的吸收波长增大,所以分子的吸收峰发生红移,这与实验现象相吻合。     

含水杨醛缩苯胺双Schiff碱和吡啶配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构和二阶非线性光学性质

以实验测定的晶体结构为基础, 用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上计算4个水杨醛缩苯胺类双Schiff碱和吡啶为配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构, 并结合有限场(FF)方法得到二阶NLO系数. 结果表明, 在4个五配位配合物中, 双Schiff碱配体的共轭性减弱, 在Schiff碱配体引入叔丁基以及连接双Schiff碱的桥对配合物的结构影响很小. 同时4个配合物的配键性质、原子电荷分布、前线分子轨道能级等方面具有相似性. 但引入叔丁基改变了配合物前线分子轨道组成, Zn—O配位键的极性有所加强, 从而使配合物的极化率和二阶NLO系数增加, 而连接两个Schiff碱的桥对配合物二阶NLO性质影响不大.     

磷光配合物(L)Re(CO)3Cl(L=α,α-diamine)的电化学性质和电子能级

通过循环伏安法对磷光发光材料(L)Re(CO)3Cl(L=α,α-diamine)系列配合物的电化学性质进行了研究.结合电子吸收、荧光光谱和量子化学计算确定了其能级结构,考察了二胺配体的取代基修饰对能级结构影响的规律.(L)Re(CO)3Cl系列配合物表现为单一的氧化(正电位方向)和多步还原(负电位方向)过程,分别反映了Re—Cl的杂化轨道组成的HOMO能级和二胺配体的π*轨道组成的LUMO能级的结构.与光谱数据比较发现,(L)Re(CO)3Cl配合物电化学数据主要反映的是三重态电子能级结构.     

金属串配合物[MoMoCo(npo)4(NCS)2]的配位结构及其与电场的关系

应用密度泛函理论B3LYP方法研究了具有分子导线潜在应用的金属串配合物[MoMoCo(npo)4(NCS)2](npo=1,8-萘基-2-酮)的配位结构及其受电场作用的影响。配位方式记为(n,m),其中n、m分别表示4个赤道配体npo^-的O与Co和Mo配位的个数:n=0,1,2,3,4;m=4,3,2,1,0。结果表明:(1)零电场下,基态能量高低为(0,4)>(4,0)>(3,1)≈(1,3)>(2,2),5种配位方式均可稳定存在且互为竞争态。Z方向偶极矩μ(Z)值大小为(0,4)(+)>(1,3)(+)>(2,2)(-)>(3,1)(-)>(4,0)(-)(+、-表示μ(Z)值的正负,与Z方向相同即为正,相反即为负),4个npo^-趋向越一致能量越高极性越大。(2)Mo-Mo具有四重键,键长随μ(Z)值减小而减小,而Mo-Co键长则相反。随μ(Z)值减小前线轨道中πNCS(1)轨道能降低,π'NCS(2)轨道能升高。(3)Z方向电场作用下,除(0,4)外所有配位方式的Mo1-N8键显著增长,结构不稳定。(4)电场作用下前线轨道能级交错,μ(Z)为正值的(0,4)、(1,3)的能隙E_LUMO-HOMO在-Z方向电场中降低更显著,μ(Z)为负值的(2,2)、(3,1)和(4,0)的能隙在Z方向电场中降低更显著。分子极性越大,随电场强度增强能隙降低越显著,分子导电性可能越好。(0,4)、(3,1)和(4,0)可能具有整流效应,但(3,1)和(4,0)的稳定性较低。     

载体ZrO2的d带电子对Ni13催化CH4脱氢过程的影响（英文）

C-H键活化是甲烷转化的关键，分散于ZrO₂（111）表面的活性Ni₁₃微粒能实现这一过程。密度泛函理论结果表明，相比Ni₁₃催化过程，Ni₁₃-ZrO₂（111）更能活化CH₄逐步脱氢并稳定其解离物种；且在载体ZrO₂存在下，C-H键长增加，C-H断键活化能降低，放热量增多，达过渡态时，解离H与残留CH_x间距减小，因此，负载催化剂Ni₁₃-ZrO₂（111）具有更好的催化性。究其原因，对于Ni-C-H,ZrO₂丰富的d带电子使得Ni 3d电子密度增强，C 2p与Ni 3d轨道重叠增多，Ni-C键增强，C-H键减弱，基于此，CH_x吸附增强，C-H键活性亦增强。因此，载体ZrO₂的d带为Ni₁₃活化CH₄促进C-H键解离提供着电子。     

层状化合物La2Ni1-yCoyO4+δ的合成、结构与性能

采用氨基多羧酸配合物法合成La2Ni1-yCoyO4+δ(y=0~0.2)超细粉料, 研究陶瓷样品的结构和混合导电性能. 研究结果表明, La2Ni1-yCoyO4+δ具有正交结构(Fmmm空间群), Co离子取代增加了钙钛矿层中ab平面上Ni/Co—O键的键长、岩盐层中沿c 轴方向上La—O键的键长和非化学计量氧含量, 并有利于改善材料的烧结性能. 随着Co离子含量的增加, 总电导率的峰值温度向高温移动, 高温段总电导率随温度的变化趋于平缓, 但总电导率水平出现降低; 增加Co离子含量还有利于提高氧离子导电性能. Co离子取代对陶瓷样品混合导电性能的影响与晶体结构参数的变化紧密相关.     

The Analysis of Os≡C Bond and Electric Field Influence on the Properties in the Osmium Carbyne Complex OsCl3 (≡CCH2CMe3 )(PH3 )2: A Theoretical Insight

In this paper, we study the effect of electric field on the dipole moment, electronic structure, and frontier orbital energy in the osmium carbyne complex OsCl₃ (≡CCH₂CMe₃ )(PH₃ )₂ using MPW1PW91 quantum chemical computations. We demonstrate the nature of the chemical bond between the [OsCl₃ (PH₃ )₂]⁻ and [CCH₂CMe₃ ]⁺ fragments through energy and charge decomposition analyses. We also estimate the percentage composition in terms of the specified groups of frontier orbitals for this complex to investigate the feature in the metal–ligand bonds. Quantum theory of atoms in molecules (QTAIM ) is applied to elucidate the Os≡C bond in the complex. Also, the influence of external electric field on the energy, frontier orbital energies, and HOMO–LUMO gap values is analyzed.     

Theoretical study of a conjugated aromatic molecular wire

In this study, an organic conjugated molecule, 4,4′-[ethane-1,2-diylidenedi(nitrilo)] dibenzenthiol designed and is proposed as a molecular wire. Structural and electronic responses of this aromatic molecular wire to the static electric field with intensities −1.6 × 10⁻² to +1.6 × 10⁻² a.u., are studied using the DFT-B3LYP/6-31G* level of theory. Natural bond orbital atomic charge analysis shows that the imposition of static external electric field induces polarization—localization of charge on the two ends of molecule, especially on considered terminal contact sulfur atoms. The frontier molecular orbitals (MOs) energy levels including the highest occupied MO (HOMO) and the lowest unoccupied MO (LUMO) and the HOMO–LUMO gap (HLG) values are modified by the static electric field as well. The electric dipole moment and polarizability of the proposed molecular wire under the studied electric field strengths are considerably increased. The current–voltage characteristic curve is estimated for the proposed molecular wire.     

Assessment of substituent effects on the parameters of 35Cl nuclear quadrupole resonance in para‐substituted benzene‐sulphenyl chloride via quantum chemical calculations

In this research, substituent effects on the parameters of ³⁵Cl nuclear quadrupole resonance (NQR) in para‐substituted benzene‐sulphenyl chloride were studied at M062X/6‐311G(d,p) theory level. The ³⁵Cl NQR parameters of the quadrupole coupling constant (QCC) and electric‐field gradient (EFG) tensor, as well as an asymmetric parameter, were shown to be correlated with Hammett constant following their calculations. The frontier orbital energy levels, HOMO‐LUMO gaps, hardness, electrophilicity, and chemical potential values of these molecules were calculated as well. natural bond orbital (NBO) analysis was applied for calculating natural populations at chlorine atoms.     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c(a,b=1,2;c=0,1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBEO方法,金属原子采用SDD基组,H、C、O和N原子采用6-31G*基组,P和Cl原子采用6-311G*基组,对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1),双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化,并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能,通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质.通过计算发现,Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定.Ir-Hg相互作用强度顺序为3＜4＜2,且随着Ir-Hg相互作用强度增大,HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近.配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道,其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir,但3中Ir与Hg的相瓦作用较弱,只存在弱相互作用(电荷转移作用),表现为nIr→nHg的直接作用和σIr-P(1)→nHg、σIr-C(1)→nHg的间接作用.     

基于密度泛函理论的外电场下c-C4F8的结构及其特性

采用密度泛函理论CAM-B3LYP/DGDZVP2对c-C4F8进行优化计算,得到基态分子结构.在该结构基础上施加线性外电场(0~10.284 V·pm^-1),获得了c-C4F8的几何特性、能量、前线轨道能级、键能和红外光谱数据.结果表明:当电场沿x轴变大时,c-C4F8的点群从D2d变为C1,偶极矩和极化率不断增大,结构稳定性降低;分子总能量和能隙不断减小,且C(4)-F(10)键的键能降低速度最快,最有可能率先在外电场作用下断裂,导致c-C4F8结构和对称性被破坏.同时c-C4F8的绝热电子亲和能单调上升,分子吸收自由电子的能力增强;红外光谱中,吸收峰的个数增加,4个主要吸收峰发生了红移.     

Study on the Physical and Dissociation Properties of Disulfur Dichloride under Electric Fields

Disulfur dichloride is a hazardous substance, which is irritating to the eyes. It is significant to study the physical and dissociation properties under external electric fields. The bond length, energy, dipole moment, orbital energy level distribution, infrared spectra and dissociation properties of disulfur dichloride molecule under different external fields are obtained by using the density functional theory at the B3LYP/6-311++G(d, p) basis set level. In addition, ultraviolet-visible absorption spectra of the molecule in different electric fields are studied with configuration interaction-single excitation(CIS)/6-311++G(d, p) method. According to the results, it has been found that as the electric field exerted along the positive direction of the z-axis increases, the two sulfur-chlorine(S-Cl) bond lengths become longer and tend to break, while the sulfur-sulfur(S-S) bond length becomes shorter and the energy gap decreases. The infrared spectrum and ultraviolet-visible absorption spectra both exhibit red shift under electric field. Moreover, by scanning the potential energy surface of disulfur dichloride about S-Cl bond, the dissociation barrier decreases with the increase of positive electric field. When the external electric field arrives at 0.040 atomic units, the barrier disappears, meaning the dissociation of disulfur dichloride. The present results offer an important reference to further study of disulfur dichloride.     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c (a,b=1, 2, c=0, 1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBE0方法, 金属原子采用SDD基组, H、C、O和N原子采用6-31G*基组, P和Cl原子采用6-311G*基组, 对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1), 双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化, 并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能, 通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质. 通过计算发现, Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定. Ir-Hg相互作用强度顺序为3<4<2, 且随着Ir-Hg相互作用强度增大, HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近. 配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道, 其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir, 但3中Ir与Hg的相互作用较弱, 只存在弱相互作用(电荷转移作用), 表现为nIr→nHg的直接作用和σIr—P(1)→nHg、σIr—C(1)→nHg的间接作用.     

Trap mechanism based on frontier molecular orbitals of additives in polyethylene insulators: A theoretical study and molecular design strategy

In this work, the energy gaps (E_g) of highest occupied orbitals and lowest unoccupied orbitals, trap energies (E_t(e) and E_t(h)) and excited energies of polyethylene model compound, typical defect compound, acetophonene, and 33 designed additives are obtained using density functional method at B3LYP/6–311+G(d, p) level. The correlation between trapping‐electrons (holes) abilities of additives and molecular frontier orbitals is established, and a new understanding for trap mechanism based on chemical molecular orbital levels is given for the first time which could be used to filter qualitative additives as voltage stabilizers of polyethylene. The role of trap energies and the energy gaps on discussing space charge accumulation and electric breakdown is analyzed in detail. A molecular design strategy for potential additives of cross‐linked polyethylene insulated high‐voltage cable is shown based on conjugation effect, substituents character, and polycyclic aromatic compounds. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.