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)的儿何结构和电子结构进行了研究.研究表明Pd2L2中Pd原子间的相互作用丰要来自电子相关效应,Pd2L2X2中Pd原子问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Xa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电了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.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (X＝F, Cl, Br, I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF, MP2方法和密度泛函理论, 对Au(II)系列化合物[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂ (X＝F, Cl, Br, I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究. 研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键. Au—Au, Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究, BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长, 而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数. 局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和 Au—X键振动频率也与实验数据符合较好. 还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂的电子激发能, 对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析, 考察了卤素配体对激发能的影响, 并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (X＝F, Cl, Br, I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF, MP2方法和密度泛函理论, 对Au(II)系列化合物[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂ (X＝F, Cl, Br, I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究. 研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键. Au—Au, Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究, BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长, 而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数. 局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和 Au—X键振动频率也与实验数据符合较好. 还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH₂)₂PH₂]₂X₂的电子激发能, 对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析, 考察了卤素配体对激发能的影响, 并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)电子结构和三阶非线性光学性质的理论研究

运用密度泛函PBE0方法研究了双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)的电子结构, 运用自然键轨道(NBO)方法对该体系的电荷分布及成键特征进行了分析. 此类体系中存在Zn—Zn的σ单键, 为近似纯s成分的成键方式. 用含时密度泛函理论(TDDFT ) 完全态求和(SOS) 方法计算了该体系的三阶非线性光学系数, 结果表明, γ值与最大吸收波长λmax成正比, 在各个分量中, 对〈γ〉起主要贡献的是γzzzz, 最大吸收波长对应的电子跃迁是从Zn—Zn的σ成键轨道到Zn—Zn的σ*反键轨道.     

Au(II)化合物[Au(CH_2)_2PH_2]_2X_2(X=F,Cl,Br,I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF,MP2方法和密度泛函理论,对Au(II)系列化合物[Au(CH2)2PH2]2X2(X=F,Cl,Br,I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究.研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键.Au—Au,Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究,BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长,而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数.局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和Au—X键振动频率也与实验数据符合较好.还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH2)2PH2]2X2的电子激发能,对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析,考察了卤素配体对激发能的影响,并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

5d过渡金属原子中心镶嵌Ag团簇M@Ag12(M＝Hf～Hg) Ih和Oh构型的密度泛函理论研究

采用相对论密度泛函理论方法对Ih和Oh构型M@Ag12 (M＝Hf～Hg)的几何和电子结构进行了系统的研究. 研究表明, 原子半径之和与团簇的电子结构共同决定了M—Ag键长的大小. M@Ag12的成键能来自中心原子的嵌入能和Ag12笼子的形变能. 最高占据轨道为成键轨道的团簇比反键轨道的团簇的稳定性强. 我们发现在此系列中, Ih构型不一定总比Oh构型稳定. Hf@Ag12, Ir@Ag12, Au@Ag12和Hg@Ag12的Oh构型比Ih构型稳定.     

MX2(AsH3)2(M=Pd,Pt;X=Cl,Br,I)的含时密度泛函理论研究

采用密度泛函方法(B3LYP)优化了MX2(AsH3)2[M=Pd；X=Cl(1)，Br(2)，I(3)和M=Pt；X=Cl(4)，Br(5)，I(6)]的基态结构，得到的几何参数与实验结果符合．以基态几何为基础，将TD-DFT方法用于计算标题配合物的电子吸收光谱．研究结果表明，金属的dx2-y2与配体所组成的反键轨道为LUMO轨道，从而该类配合物具有d-d跃迁属性的吸收带；在多数跃迁过程中，配体也有较大的贡献．     

膦配体对金团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)稳定化作用的理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对具有D2h和D4d构型的膦配体稳定的过渡金属团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me, OMe, H, F, Cl, CN)进行了几何结构、 电子结构及团簇稳定性等方面的研究. 计算表明, 与D2h构型相比, D4d构型更稳定, 两者能量相差约5~10 kJ/mol. SVWN局域泛函能够对团簇的几何结构给予较准确的描述, MP2方法对团簇的结构参数有所低估, 而离域和杂化泛函则过高地估计了团簇的结构参数. 电子结构分析表明, 中心Au原子与外围的Au原子之间通过 d 电子的成键作用构成团簇内核[Au@Au8]3+, [Au@Au8]3+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键. PR3配体与[Au@Au8]3+的结合能够加强内核-外围Au原子间的成键作用, 缩小外围Au原子在成键上的差异, 增大前线轨道能级间隙, 从而提高团簇的稳定性. PR3配体中R基团供、 吸电子能力的变化对[Au@Au8(PR3)8]3+结构影响较小, 但对[Au@Au8]3+-PR3结合能影响较大. 能量分析显示, 不同PR3配体与[Au@Au8]3+之间具有相近的轨道作用能, 与R基团供、 吸电子能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢固程度的决定因素.     

Pd6簇与H2分子相互作用的密度泛函理论研究

通过相对论有效核势密度泛函理论计算,优化了Pd6(H)2和Pd6(H)4等簇的平衡几何结构,预测了氢分子在Pd6簇表面上的吸附行为与活化解离性质.计算结果表明,单态的Pd6簇可以活化两个氢分子;第一个H2和第二个H2吸附解离过程速率决定步骤的能垒分别是66.4和24.5kJ/mol、在形成的分子氢配合物Pd6(H2)和Pd（H)2H2中,H2主要作为给电子配体.在最稳定的二氢簇合物Pd6(H)2中,H倾向与3个Pd相互作用,形成面位氢的多核成键吸附方式.     

配体稳定的二元过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的量子化学理论研究

采用从头计算MP2方法和密度泛函理论方法,对过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的几何结构、电子结构以及团簇各组成部分之间的结合能进行了研究.MP2方法和SVWN局域泛函能够对团簇的结构给予准确的描述,而离域泛函BP86,PBE,BLYP和杂化泛函B3LYP则过高地估计了团簇的几何结构参数.电子结构研究表明Pd,Au原子通过d电子的成键作用构成团簇内核[PdAu8]2+,[PdAu8]2+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键.PR3配体与[PdAu8]2+的结合能够加强Pd-Au之间的成键作用,增大前线轨道能级间隙,从而提高团簇的稳定性.PR3配体中 R 基团供、吸电能力的变化对[PdAu8(PR3)8]2+结构的影响较小,但对[PdAu8]2+ -pR3结合能的影响较大.能量分析显示不同PR3与[PdAu8]2+之间具有相近的轨道作用能,与R基团供、吸电能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢同程度的决定因素.     

配体稳定的二元过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2＋(R＝Me, OMe, H, F, Cl, CN)的量子化学理论研究

采用从头计算MP2方法和密度泛函理论方法, 对过渡金属团簇[PdAu₈(PR₃)₈]^2＋(R＝Me, OMe, H, F, Cl, CN)的几何结构、电子结构以及团簇各组成部分之间的结合能进行了研究. MP2方法和SVWN局域泛函能够对团簇的结构给予准确的描述, 而离域泛函BP86, PBE, BLYP和杂化泛函B3LYP则过高地估计了团簇的几何结构参数. 电子结构研究表明Pd, Au原子通过 d电子的成键作用构成团簇内核[PdAu₈]^2＋, [PdAu₈]^2＋与PR₃配体则通过“σ给予/π反馈”模式成键. PR₃配体与[PdAu₈]^2＋的结合能够加强Pd-Au之间的成键作用, 增大前线轨道能级间隙, 从而提高团簇的稳定性. PR₃配体中R基团供、吸电能力的变化对[PdAu₈(PR₃)₈]^2＋结构的影响较小, 但对[PdAu₈]^2＋-PR₃结合能的影响较大. 能量分析显示不同PR₃与[PdAu₈]^2＋之间具有相近的轨道作用能, 与R基团供、吸电能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢固程度的决定因素.     

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.     

双层三明治四聚吡咯铀配合物的结构设计和稳定性理论计算

为探索四聚吡咯配体和低价铀离子相互作用,以实验合成单层三明治结构配合物PcU~ⅥPc(Pc=酞菁)为基础,设计双层三明治型PzU~mPzU~mPz(m=Ⅲ,Ⅳ,Pz=氮杂卟啉),采用相对论密度泛函理论考察了其几何结构、异构体相对稳定性以及成键和轨道性质.得到se(staggered-eclipsed)和es(eclipsed-staggered)2种类型稳定空间异构体,并进一步优化其所有可能的电子自旋态异构体.计算结果表明,这些低价铀配合物均具有五重态基态.分子中的原子量子理论(quantum theory of atoms in molecule,QTAIM)在U—N键临界点处的电子/能量密度拓扑分析显示U—N键为弱极性共价键.四价配合物拥有4个U(5f)性质高能占据轨道,与2个U4+的5f单电子数相一致;而三价配合物有很大配体参与作用.2个铀原子和中间Pz配体质心近似成线性,这与配合物具有稳定的σ(U—U)成键轨道密切相关.     

卤化氢HX（X=F,Cl,Br,I）与C2H2相互作用本质的量子化学研究

在MP2水平上,采用全电子基组,对C2H2与HX(X=F,Cl,Br,I)相互作用进行了研究.构型优化同时进行频率验证,得到4个T型结构的稳定复合物,相互作用能在-12.761～-7.086kJ/mol之间.自然键轨道(NBO)与分子中的原子(AIM)理论分析表明,形成复合物分子间的电荷转移量都很少,最大仅为0.009a.u.,作用强度与氢键类似.对称性匹配微拢理论(SAPT)能量分解数据表明,对于C2H2…HX(X=F,Cl,Br,I)体系,从F到I,静电作用逐渐减弱,色散作用逐渐增强;相互作用能中对吸引能的贡献主要为静电能和色散能,二者之和占到80%以上,诱导能所占的比例很小,卤化氢与乙炔分子间相互作用的本质为静电作用和色散作用.     

EuB6的能带结构与成键及其光学常数的计算

采用密度泛函方法研究了EuB6的电子结构, 得到高精度能带结构和态密度分布信息; 分析成键情况, 从原子间轨道相互作用的角度说明EuB6能带结构的特征及其半金属性质. 计算出EuB6的介电函数、反射率、光电导率和能量损失函数谱等, 与实验结果一致, 表明了能带计算获得的电子结构信息的可靠性.     

Au(I)炔基配合物激发态性质的理论研究

用MP2方法和CIS方法分别优化了Au(I)炔基配合物及相应炔烃的基态和激发态的结构. 计算结果表明, 在基态, 分子有向中间收缩的趋势, Au(I)的修饰作用减弱了配体内部原子间的成键作用. 随着分子链长增长, Au(I)与配体间的相互作用减弱; 激发态的电子跃迁减弱了, Au(I)与配体间的相互作用, 并且这种影响随着分子链增长而更加明显. 计算得出Au(I)炔基配合物体系的荧光发射光谱并发现其独特的发光性质, 说明取代H原子的—AuPH3比—H更具有离子性.     

电场对Ni3（dpa）4Cl2金属串配合物结构影响的理论研究

应用密度泛函UBP86方法对具有分子导线潜在应用性的金属串配合物Ni3(dpa)4Cl2进行研究,分析了外电场对配合物的几何构型和电子结构的影响.结果表明,零电场条件下存在沿着Ni63+轴及轴向配体Cl的Ni—Ni及Ni—Cl离域作用.沿金属轴Cl4→Cl5方向施加外电场,可使高电势端的Ni2—Cl4键长增大而Ni1—Ni2键长减小,低电势端的Ni3—Cl5键长减小而Ni1—Ni3键长增大;分子能量降低,偶极矩线性增大;HOMO与LUMO能隙减小,前线占据轨道分布向低电势方向移动且轨道能升高,空轨道分布则向高电势方向移动且轨道能降低,其中沿着金属轴方向离域的前线轨道分布及其轨道能随电场的变化尤为显著.在电场作用下,电荷分布发生改变,低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4转移,但金属和桥联配体的电荷变化很小;同样,在电场作用下,配合物存在明显的结构变化和电子转移现象,呈现出类似导电过程中电子定向转移的变化规律.     

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.     

双核V配合物中金属-金属键的INDO定域化方法研究

本文利用INDO和E_R定域化方法,对Ⅴ~2(μ-η^2-S~2)~2(SCCH~2)~4和[V~2O~2Cl~6]^2-双核配合物进行了量子化学计算研究,讨论了它们的电子结构和化学键性质,并讨论了利用mulliken键序判别金属原子间成键的可靠.进而基于过渡金属原子主要是以d亚层轨道参与成键,建议用金属原子d亚层的键序讨论键强度的新方法.     

Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M1/POM,M = Ni,Pd, Pt,Cu, Ag,Au, POM = [PW12O40]3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合自然键轨道(NBO)分析的方法对一系列以多酸为载体的单原子催化剂(SACs)(M₁/POM (M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)的分子几何、电子结构及红外光谱进行计算。结果表明,Pt₁/POM对N₂分子具有潜在的活化能力,Pt₁/POM与N₂相互作用主要来自于由金属Pt的d_xz和d_yz轨道与N₂的π^*反键轨道重叠,金属Pt的d_xz、d_yz轨道上的电子填充到了氮气的π^*反键轨道上弱化了N≡N成键,导致了N≡N之间的键长增大,有效的活化了氮气分子。对它们红外光谱的分析表明,Keggin型多酸负载金属后W―O_c―W振动吸收峰发生劈裂,产生了五个典型的红外特征吸收峰。