磷酸二甲酯阴离子(DMP~-)与一价、二价金属离子 相互作用的理论研究

在B3LYP、HF和MP2水平上运用全电子从头算(AE)和相对论有效实势(RECP)及6-311+G**和LanL2DZ基组计算Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb族金属离子与磷酸二甲酯阴离子(DMP-)的相互作用。 RECP用于除Li+、Be2+外所有的金属离子。 对Na+、K+、Cu+、Mg2+、Ca2+、Zn2+用AE和RECP 2种方法处理。 结果表明:RECP能可靠地用于重金属离子络合物; 二价金属离子络合物(DMP-—M2+)比一价金属离子络合物 (DMP-—M+)稳定;二价金属离子(M2+)可能比一价金属离子(M+)更易使多核苷酸折叠。     

簇模型ZnO(100)面上吸附CO_2的密度泛函理论研究

采用电荷自洽方法, 以嵌入原子簇Zn4O4为模型, 使用量子化学的密度泛函理论, 研究了二氧化碳在六方ZnO非极化的(1010)面的可能吸附态。计算表明, CO2垂直底物表面吸附, 氧原子只能与Zn原子配位, 并且吸附能为很弱的1.8 kJ/mol;吸附质分子平行于底物表面时, 得到了5种平衡吸附构型, 其中采用CZn配位和η2O, O二齿配位时, 吸附很弱, 经BSSE校正后的吸附能在8.8~6.6 kJ/mol。 采用η2C, O方式分别与O和Zn配位时, 吸附能为31.1 kJ/mol; C原子与表面O配位时计算得到了唯一的一个化学吸附态, 吸附能为139.6 kJ/mol, 与实验结果一致。     

SO2钳合反应机理的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311+G**水平上计算了SO₂与2,4-己二烯之间的钳合反应, IRC计算结果表明该反应是协同反应. 反应中, 这两个反应物同时把自己的HOMO电子填入对方的LUMO轨道, 这与传统的4＋2环加成机理不同. 反应前SO₂的HOMO轨道与2,4-己二烯的LUMO轨道之间能级相差很大(8.4 eV), 但随着反应进行, 2,4-己二烯的反键LUMO轨道逐渐演变成一个成键轨道, 能级下降, 使得SO₂的HOMO上电子可以向该轨道流动. 反应的净结果是有0.23e的负电荷由SO₂向2, 4-己二烯转移.     

甲醇在FeS2(100)完整表面的吸附和分解

采用基于第一性原理的密度泛函理论结合周期平板模型方法, 研究了甲醇分子在FeS₂(100)完整表面的吸附与解离. 通过比较不同吸附位置的吸附能和构型参数发现: 表面Fe位为有利吸附位, 甲醇分子通过氧原子吸附在表面Fe位, 吸附后甲醇分子中的C―O键和O―H键都有伸长, 振动频率发生红移; 甲醇分子易于解离成甲氧基CH3O和H, 表面Fe位仍然是二者有利吸附位. 通过计算得出甲醇在FeS₂(100)表面解离吸附的可能机理: 甲醇分子首先发生O―H键的断裂, 生成甲氧基中间体, 继而甲氧基C―H键断裂, 得到最后产物HCHO和H₂.     

金属簇X (X=Pt-Au,Au-Au)负载在(3×2) TiO2(110)完整表面上的覆盖度效应

采用自旋极化密度泛函和广义梯度近似的方法并结合周期平板模型, 探讨了不同覆盖度(θ)下双金 属簇X (X=Pt-Au, Au-Au)在(3×2)TiO₂(110)完整表面上的吸附行为. 另外, 在本文给出的所有覆盖度模式下(θ= 1/6-1 ML), 我们仅研究其基态构型. 计算结果表明: 当θ<1/2 ML时, 金属簇X在TiO₂(110)表面上吸附能随覆盖 度的增加而增加; 当θ>1/2 ML时, 除了饱和覆盖度下, 吸附能随覆盖度的增加而减小; 当θ=1/2 ML时, 吸附能最 大. 即使Pt-Au/TiO₂体系的吸附能比Au-Au/TiO₂体系的小, 但相对于Au-Au 簇, Pt-Au 簇更容易在TiO₂(110)表 面上形成双金属单分子层. 在半覆盖和全覆盖下, X簇的峰与TiO₂的峰在-3.0 eV到费米能级之间产生明显重 叠, 表明簇与底物之间存在化学作用. 且当覆盖度小时, X-TiO₂相互作用是成簇的主要因素; 随着覆盖度的增 大, X-X原子间相互作用就逐渐变成了成簇的主要动力.     

金属簇X (X=Pt-Au, Au-Au)负载在(3×2) TiO2(110)完整表面上的覆盖度效应

采用自旋极化密度泛函和广义梯度近似的方法并结合周期平板模型,探讨了不同覆盖度(θ)下双金属簇X (X=Pt-Au, Au-Au)在(3×2)TiO2(110)完整表面上的吸附行为.另外,在本文给出的所有覆盖度模式下(θ=1/6-1 ML),我们仅研究其基态构型.计算结果表明:当θ<1/2 ML时,金属簇X在TiO2(110)表面上吸附能随覆盖度的增加而增加;当θ>1/2 ML时,除了饱和覆盖度下,吸附能随覆盖度的增加而减小;当θ=1/2 ML时,吸附能最大.即使Pt-Au/TiO2体系的吸附能比Au-Au/TiO2体系的小,但相对于Au-Au簇, Pt-Au簇更容易在TiO2(110)表面上形成双金属单分子层.在半覆盖和全覆盖下, X簇的峰与TiO2的峰在-3.0 eV到费米能级之间产生明显重叠,表明簇与底物之间存在化学作用.且当覆盖度小时, X-TiO2相互作用是成簇的主要因素;随着覆盖度的增大, X-X原子间相互作用就逐渐变成了成簇的主要动力     

铜族金属与完整及氮掺杂石墨烯的相互作用

基于广义梯度密度泛函理论和周期平板模型,研究了铜族金属单原子和双原子簇与完整及氮掺杂石墨烯的结合情况.结果表明,氮掺杂后石墨烯的电子结构特性由半金属性变为金属性;铜族金属在完整及石墨型氮掺杂石墨烯上的吸附较弱,结合能约为0.5eV,而在吡啶型氮掺杂和吡咯型氮掺杂石墨烯上有较强的化学吸附,结合能一般大于1eV;吡咯型氮掺杂后的构型不稳定,金属原子及簇与包含该结构的石墨烯衬底作用时会使其向吡啶型氮掺杂转变,并最终得到基于吡啶型氮掺杂的稳定吸附构型.Mulliken电荷布居分析显示,吸附在吡啶型氮掺杂石墨烯上的金属单原子与金属双原子簇带电性质相反.态密度及轨道分析表明,Cu与吡啶型氮掺杂石墨烯空位处留有悬挂键的三个原子成键,而Au与其中两个C原子成键.     

水溶液中碳酸铀酰化合物的电子结构

应用相对论密度泛函理论系统研究了水溶液中非水合化和水合化碳酸铀酰化合物Cn/m(其中n和m分别为结构中碳酸配体和水配体的个数)的结构.溶剂效应采用类导体屏蔽模型(COSMO),并采用零级规整近似(ZORA)方法考虑标量相对论效应和旋-轨耦合相对论效应.电子跃迁采用包含旋-轨耦合相对论效应的含时密度泛函理论并在相关交换势中采用轨道势能统计平均(SAOP)做近似计算.结果表明碳酸配体对配合物结构和电子跃迁有很大的影响.C3/0配合物的稳定性可归于5f轨道参与了高占据轨道的成键作用.增加碳酸盐配体导致最大波长的蓝移,并在近可见光区域出现高强度的吸收.     

一氧化碳分子在Pt/t-ZrO2(101)表面的吸附性质

运用广义梯度密度泛函理论(GGA-PW91)结合周期平板模型方法,研究了CO分子在完整与Pt负载的四方ZrO2(101)表面的吸附行为.结果表明:表面第二层第二氧位和表面第二桥位分别为CO分子和Pt原子在完整ZrO2(101)表面的稳定吸附位,且覆盖度为0.25ML(monolayer)时均为稳定吸附构型,吸附能分别为56.2和352.7kJ·mol-1.CO分子在负载表面的稳定吸附模式为C-end吸附,吸附能为323.8kJ·mol-1.考察了CO分子在负载表面吸附前后的振动频率、态密度和轨道电荷布居分析,并与CO分子和Pt原子在ZrO2表面的结果进行比较.结果表明,C端吸附CO分子键长为0.1161nm,与自由的和吸附在ZrO2表面后的CO相应值(0.1141和0.1136nm)相比伸长.吸附后C―O键伸缩振动频率为2018cm-1,与自由CO分子相比发生红移;吸附后CO带部分正电荷,电子转移以Pt5dCO2π的π反馈机理占主导地位.     

Density Functional Study on Structures and Relative Stability of Gd(H2O)n3+(n=8,9)

用密度泛函理论方法研究了气相和水溶液中Gd(H₂O)_n³⁺(n=8,9)化合物的结构和相对稳定性,其中水溶剂效应利用极化连续介质方法结合多种溶质空腔模型进行模拟．气相计算得到的化合物结构与实验观察结果一致．计算结果表明,在气相中9配位Gd(H₂O)₉³⁺比8配位Gd(H²O)₈³⁺稳定,而在水溶液中稳定顺序刚好相反,这一结果不依赖于计算中采用的空腔模型种类,而且也与实验结果吻合．最后,通过采用各种空腔模型计算Gd³⁺的水合自由能,并与实验值比较,发现当化合物只包含第一层配位水分子时,UA0、UAHF及UAKS空腔模型最适合研究Gd³⁺在水溶液中的性质．