CnP-4(n=1～7)团簇结构与能量的密度泛函研究

摘要使用分子图形软件设计出多种CnP4^-(n=1-7)的结构模型，并进行B3LYP密度泛函几何构型优化和振动频率计算．最稳定的CP4^-和C2P3^-都是平面环状结构．最稳定的CnP4^-(n=3，5，7)结构在直碳链的一端连接1个磷原子且另一端是P3C的四元环的平面结构．最稳定的CnP4^-(n=4，6)结构在直碳链的一端连接1个磷原子且另一端是P3的三元环的锄状结构．直碳链可与平面环的磷原子生成大π键．大多数构型是由C2，C3，C4子结构以环状或链状方式组成的．碳原子与磷原子以交替方式排列的结构数量少、能量高．     

直线型CnP^—（n=1～11）结构的理论研究

以激光溅射方法产生了一系列含一个磷原子的碳原子簇负离子．针对其在实验中呈现的奇偶变化规律进行了量子化学从头算研究．在HF／6－311G*水平上（对单重态为RHF，多重态为ROHF）优化了直线型CnP-（n=1～11）键长和能量，计算了相邻簇离子的能量差与成簇碳原子的平均结合能及从CnP-分别解离C、C2、C3、P、CP、C2P等6种通道所需的能量．计算发现，n为奇数的CnP-单重态（1Σ）最稳定，而，n为偶数的簇离子则以三重态（3Σ）的能量较低．所计算的CnP-各结构参数均表现出奇偶交替的变化规律，n为奇数的CnP-相对稳定．     

硼碳团簇BnC2 (n＝1～6)的理论研究

应用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G(d)水平上研究了硼碳团簇B_nC₂ (n＝1～6)的几何结构、生长机制和相对稳定性. 计算结果表明, 对于n＝2～6的簇, 平面多环状构型为最稳定的结构, 其中C原子分布于环的顶点、有尽可能多的三配位硼原子和尽可能多的B—C键. 碳原子作为杂原子倾向掺杂于团簇的顶点位置, 它的掺杂不改变硼团簇的主体结构. 与平面多环状结构相比, 随着簇尺寸的增大, 三维结构和线性链结构更不稳定. 在低能线性结构中, C原子位于链两侧的第二个位置. 计算的碎片分裂能、递增键能以及HOMO-LUMO能隙表明, B₄C₂为幻数簇.     

Si_2C_(m-2)(m=4～15)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法, 对Si2Cm-2(m = 4~15)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了研究, 讨论了化学键的特征和热力学稳定性, 比较了Si2Cm-2团中环状和线状结构的差异。结果表明, m = 4~13的团簇为线状结构, m=14~15的团簇为环状结构。在线状结构中, 随着m增大, 自旋多重度出现1、3交替变化, 并且Si原子倾向于在C链端部成键;环状结构中, C原子形成环状, 2个Si原子处于椭圆环状构型的两端。m 为奇数的Si2Cm-2团簇比m为偶数的更为稳定。     

(MN)nHm(M=Ga,In; n=1-4; m=1, 2)团簇的结构与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-31G**和Lanl2dz水平上分别对(MN)nHm(M=Ga, In; n=1-4; m=1, 2)进行了优化和振动频率计算. 得到了上述团簇的最稳定构型、H原子的结合能以及它们的能隙. 结果表明, (MN)nH(M=Ga, In; n=1-4)的基态构型均为双重态, (MN)nH2(M=Ga, In; n=1-4)的基态构型均为单重态; 当氢的个数为1时, 加在N原子上比加在M(M=Ga, In)原子上稳定, 如有N3单元, 那么加在N3单元两侧的构型是相同的, 且它是最稳定的; 当氢的个数为2时, 除n=1外, 分别加在两个N原子上的构型是最稳定的, 如有N3单元, 那么分别加在N3单元分离最远的两个N原子的构型是最稳定的. GaNH、(GaN)3H 和InNH的结合能和能隙都很大, 说明这些团簇都有很高的稳定性.     

(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.     

新型二维层状配合物[Cd_4(2,2-′dipha)_2(nicotinate)_4]_n的合成及晶体结构

利用水热法合成了一种新型的二维金属有机配合物[Cd4(dpa)2(HL)4]n[dpa=2,2'-联苯二甲酸,HL=烟酸],并通过X-射线单晶衍射、元素分析、红外光谱等手段对其结构进行了表征.结果表明:[Cd4(dpa)2(HL)4]n属于三斜晶系,空间群Pi,晶胞参数α=0.822 2(2)nm,6=1.497 6(3)nni,c=1.981 7(5)nm,α=80.245(4)°,β=83.885(4)°γ=89.972(4)°,V=2.390 9(10)nm3,Z=2.R1=0.071 6.ωR2=0.157 3,Mr=1 415.39.Dc=1.966 g/cm3.配合物中Cd(Ⅱ)均为六配位,CA与5个O原子和1个烟酸中的H原子配位形成扭曲八面体构型.金属离子Cd(Ⅱ)由联苯酸连成一条无限一维链,相邻的两条链由烟酸连接构成二维层状结构.     

C_nAl~+小团簇结构的几何特征与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,研究了CnAl+(n=2-12)团簇的几何结构与电子性质.在6-311++G**水平上对CnAl+(n=2-12)团簇进行了几何构型优化和振动频率计算.结果表明,CnAl+团簇的基态结构为Al原子与Cn链端基配位形成的直线或折线形结构,以及Al原子与Cn环上1个C原子端位相连或打开Cn环与2个C原子相连形成的环状结构.分子总的平均键长随着n的增大逐渐趋于定值(0.138nm).通过对基态结构的能量分析,得到了CnAl+团簇的稳定性信息.     

一维有机-无机杂化配聚物｛（BPE）3[Ag4Br4（SCN）6]｝n的合成与晶体结构

以1,2-亚乙基二吡啶鎓盐为结构导向剂合成了一维有机-无机杂化配聚物{(BPE)3[Ag4Br4(SCN)6]}n(BPE为1,2-亚乙基二吡啶鎓阳离子),通过元素分析、红外光谱和X-射线单晶衍射对其结构进行了表征.结构解析表明:该聚合物属单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数a=0.973 69(1)nm,b=0.909 07(1)nm,c=3.114 5(4)nm,β=91.659 0(1)°,Z=4.聚合物中有2类晶体学独立的Ag(Ⅰ)离子,每个Ag(Ⅰ)离子均为扭曲的四面体配位构型,通过Br原子和SCN-桥联形成一维聚阴离子链[Ag4Br4(SCN)6]n6n-,2类晶体学独立的BPE在bc平面分别贯穿链内的空腔和相邻链间的空隙之中。     

碱土金属叠氮化合物(MgN_6)_n(n=1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(MgN6)n(n=1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究。结果表明,叠氮化合物中叠氮基以直线型存在,MgN6团簇最稳定结构为直线型;(MgN6)2团簇最稳定结构为Mg2N2四元环平面结构;(MgN6)n(n=3～5)团簇最稳定结构是由2个叠氮基与2个Mg原子首先构成近似菱形,再由近似菱形延伸形成的链状结构。叠氮基中间的N原子显示正电性,两端的N原子显示负电性,且与Mg直接作用的N原子负电性更强,金属Mg原子和N原子之间形成很强的离子键。(MgN6)n(n=1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分,其最强振动峰均位于2209～2313cm-1,振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动。稳定性分析显示,(MgN6)3和(MgN6)5团簇相对于其他团簇较为稳定。     

包含平面四配位和五配位碳原子的特殊硼碳化合物

采用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/6-311+G**水平上, 研究了三类包含平面四配位碳原子(ptC)和平面五配位碳原子(ppC)的硼碳化合物. 这三类新型化合物是由C3B2H4(包含ptC)、CB4H2(包含ptC)和CB5H2(包含ppC)三种稳定结构和—CHCH—单元连接起来而得到的. 在理论上探讨了这些新型的硼碳化合物的成键特征, 光谱性质以及芳香性. 研究结果表明: 包含ptC和ppC原子的能量最低的结构, 在不受对称面限制的条件下, 具有C2v对称性的顺式立体构型比具有反式平面构型的化合物稳定. 计算的核独立化学位移(NICS)显示, 这些新型化合物的三元环中心有强的芳香性. 计算最稳定硼碳化合物的ptC和ppC原子的Wiberg键指数(WBIs)表明ptC和ppC的成键遵循八隅规则.     

簇合物(F2GaN3)n(n=1～4)的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-311+G*方法,计算研究了(F2GaN3)n(n=1～4)簇合物的结构和性质.研究表明,簇合物(F2GaN3)n(n=2～4)的优化构型均拥有Ga-Na-Ga连接的环状结构.讨论了几何参数随聚合度的变化关系.三聚体的船式构象较椅式构象的能量低16 kJ·mol-1,具有S4对称性的四聚...     

基于双咪唑基配体的两个镉(Ⅱ)配位聚合物合成、晶体结构和表征

水热条件下,合成了两个新的配位聚合物[Cd(PhCOO)2(bmix)]n(1)和{[Cd(chdc)(bmix)].C2H5OH}n(2)(bmix=1,4-双(2-甲基咪唑基-1-甲基)苯,H2chdc=1,4-环己二酸)。单晶结构分析表明,配合物1为一维锯齿状链结构平行于[001]平面;配合物2为层状结构,镉原子通过双配体桥连形成四连接的二维(4,4)网络。两个配合物中镉原子均具有6配位的畸变八面体几何构型,另外,测定了两个配合物的热稳定性。     

InnNa和InnNa+(n=2-8)的团簇结构和电子性质

在密度泛函理论B3LYP水平上, 对InnNa和InnNa+(n=2-8)团簇进行了结构优化和振动频率计算. 计算结果表明, InnNa(n=2、3、4、6)最稳定结构中的对称性分别为C2v、C3v、C4v和C2v, 而InnNa(n=5、7、8)的最稳定结构的对称性为C1点群. 从InnNa(n=4-8)的最稳定结构可以看出, Na原子均位于四个In原子形成的四边形面上. 对于InnNa+(n=2-8), 除了In2Na+、In4Na+和In7Na+, 其它结构都与其中性结构相似. 进一步计算InnNa(n=2-8)团簇的平均结合能、能量的二阶差分以及绝热电离能表明, InnNa(n=2-8)团簇能量的二阶差分呈现奇偶交替特征, In4Na和In6Na较其它团簇更为稳定, 而且理论计算得到的绝热电离能和实验结果吻合得很好.     

InnNa和InnNa^＋（n=2—8）的团簇结构和电子性质

在密度泛函理论B3LYP水平上,对Innna和InnNa+(n=2-8)团簇进行了结构优化和振动频率计算.计算结果表明,InnNa(n=2、3、4、6)最稳定结构中的对称性分别为C2v、C3v、C4v和C2v而InnNa(n=5、7、8)的最稳定结构的对称性为C1点群.从InnNa(n=4-8)的最稳定结构可以看出,Na原子均位于四个In原子形成的四边形而上.对于InnNa+(n=2-8),除了In2Na+和In7Na+,其它结构都与其中性结构相似.进一步计算InnNa(n=2-8)团簇的平均结合能、能量的二阶差分以及绝热电离能表明,InnNa(n=2-8)团簇能量的二阶差分呈现奇偶交替特征,In4Na和In6Na较其它团簇更为稳定,而且理论计算得到的绝热电离能和实验结果吻合得很好.     

CnAl (n=2-11)团簇的结构特征与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311++G**水平上对CnAl(n=2-11)团簇的几何构型和电子结构进行了结构优化和振动频率计算. 结果表明, n=2的CnAl团簇基态结构为Al原子与两个C原子相连形成的环状结构, n=3-11均为Al原子端基配位的线状结构. 通过对基态结构的能量分析, 得到了n为偶数的CnAl团簇比n为奇数团族稳定的结论.     

六氢吡啶和氨形成的氢键团簇C5H10NH(NH3)n(n=1～3)结构的从头算研究

在RHF/6-31G(d)水平下,对C5H10NH(NH3)n(n=1～3)氢键团簇的平衡构型进行了从头算研究,优化得到各种可能的平衡构型.C5H10NH(NH3)为线型氢键结构,而C5H10NH(NH3)2为三元环结构,C5H10NH(NH3)3为四元环结构.在MP2/6-31G(d)//B3LYP/6-31G(d)水平下,对最稳定构型C5H10NH(NH3)n(Ⅰ)(n=1～3)的分子轨道进行布居分析,并且对相应的占据轨道进行指认.C5H10NH(NH3)n(Ⅰ)(n=1～3)垂直电离势的计算结果表明,形成氢键团簇后,分子的垂直电离势降低.     

磷原子团簇同分异构体的理论研究I:P5+、P5-和P5的预测

由激光产生的磷原子团簇正离子的质谱图中呈现很强的 P5 和 P5- 谱峰。使用分子图形学方法设计出 9种可能的同分异构体 ,对其中性及正负离子分子进行了分子力学、PM3半经验量子化学和 ADF密度泛函优化。在磷原子团簇模型中 ,磷原子采用 2、3或 4配位方式成键。从各异构体成键能量的比较可得知 ,最稳定的 P5 构型是四方锥的结构 ,最稳定的 P5-构型是平面五边形的结构 ,而最稳定的 P5构型是在最稳定的 P4的增加一个 2配位原子所生成的结构     

B2Cn+(n=1～9)团簇的结构及其稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP泛函, 在6-311G*水平上对B2Cn+(n=1～9)团簇的几何构型和电子结构进行了优化和振动频率计算. 结果表明, 在B2Cn+(n=1～9)团簇的基态构型中, B2C2+、B2C3+为具有D∞h对称性的线形结构, B2C7+为具有Cs对称性的立体环状结构, 其余均为平面构型; 其成键顺序为C—C成键优于B—C 成键, B—C成键优于B—B成键. 进一步得到了B2Cn+(n=1～9)团簇的总能量(ET)、零点能(EZ)、摩尔热容(Cp)、标准熵(S0)以及原子化能(ΔEn+). 其结果显示, 随着n的递增, ET、EZ、Cp、S0和ΔEn+数值均呈现增大趋势, 其中EZ数值呈现近似等梯度的增加趋势. 通过对B2Cn+(n=1～9)团簇基态结构的垂直电子亲合势的研究发现, n为奇数的B2Cn+团簇比n为偶数的稳定.     

HPXF(X=Li,Na)的构型及反应性能的从头算研究

用RHF/6-31G^*从头算解析梯度法优化了类磷烯HPXF(X=Li,Na)的平衡构型,分析了各构型的结构特点及稳定性.通过与磷烯(¹HP)相比较,探讨了HPXF(X=Li,Na)的反应活性,还简单讨论了碱金属原子对HPXF(X=Li,Na)三元环构型稳定性和反应活性的影响.结果表明,HPLiF和HPNaF均具有3种平衡构型,其中三元环构型最稳定,也是参加反应的基本构型:类磷烯与相应的¹HP相比,可成为一种使反应容易控制、选择性好和易获得的亲电反应中间体.