含2,6-二(甲基苯并咪唑)吡啶钴、镨配合物的合成、结构、电化学性质和理论计算研究

以2,6-二(甲基苯并咪唑)吡啶和2,2′-联吡啶为配体,合成了一个钴的配合物[Co(mbzimpy)(bipy)Cl]Cl O4·1.3H2O(1)和一个镨的配合物[Pr(mbzimpy)2(NO3)2]Cl O4·2CH3COCH3(2),(mbzimpy=2,6-bis(methylbenzimidazol-2-yl)pyridine,bipy=2,2′-bipyridine)并利用单晶衍射对其结构进行了表征。还对配合物1和2的荧光和电化学性质进行了研究。晶体结构中C-H…O氢键和π-π芳环堆积作用将每个单核分子连接成一个三维的空间结构。配合物1的TD-DFT理论计算的结果表明:实验得到的紫外谱图和理论计算的紫外谱图较好地吻合。通过循环伏安图可以了解金属中心的氧化和还原电子对。在不同偶极矩的溶剂中研究其荧光性能。     

石墨负极充放电过程的DFT研究

用量子化学DFT-B3LYP/6-31G(d)方法计算了锂沿石墨层堆积的Zig-zag和Arm-chair方向嵌脱及在石墨表面附着和脱附的过程.结果表明,锂嵌入过程是体系能量升高的储能过程,势垒最高点是锂在碳原子正投影位置,即在C-C键投影位置,而在苯环中心投影位置最低,为嵌锂的最佳位置,锂嵌脱的最佳途径应为arm-chair方向;锂在石墨表面附着也是储能过程,苯环中心上方是石墨表面近距离附着机率最高的位置.     

MOCVD生长AlN/GaN化学反应路径的量子化学研究

应用量子化学的密度泛函理论,对MOCVD生长GaN/AlN薄膜的反应路径进行理论计算和分析,特别是针对Ⅲ族TMX(X=Ga,Al)与V族NH3的反应路径与温度的关系进行研究.计算结果表明:当温度T≤473.15 K时,反应自由能△G＜0,TMX与NH3自发生成配位加合物TMX∶ NH3;当T≥573.15 K时,△G＞0,TMX∶ NH3将重新分解为TMX和NH3.在473.15 K≤T≤573.15 K区间,将存在△G=0,即加合反应达到平衡,反应为双向可逆.随着温度的升高,从加合物变为氨基物DMX∶ NH2的反应概率加大.TMX和MMX的直接热解反应均需要高温激活,而DMX变为MMX则较容易发生.当T＞873.15 K时,DMGa变为MMGa的热解反应将自发进行;当T＞1273.15 K时,DMAl变为MMAl的热解反应将自发进行.在自由基CH3参与下,TMX→DMX(X=Ga、Al)的能垒仅为TMX直接热解能垒的一半,约为30 ～ 40 kcal/mol;在自由基H参与下,TMGa和TMAl的热解反应能垒更低,约为16～ 20kcal/mol.因此,自由基H的产生将大大促进TMX的热解.     

二聚(2,5-噻吩乙烯撑)基态和激发态的电子结构: 桥基和芳环取代的影响

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法, 在B3LYP/TZVP水平下, 研究了一系列给电子基团(—NH2, —OCH3和—CH3)和吸电子基团(—CCH, —CN和—NO2)在二聚(2,5-噻吩乙烯撑)(2TV)的桥基和芳环上取代对基态和激发态电子结构的影响. 结果表明, 取代基的给/吸电子能力和取代位置对衍生物的几何结构以及吸收发射光谱均有重要影响, 其中氨基(—NH2)和硝基(—NO2)取代对2TV电子结构的影响较为显著. 此外, 对于桥基和芳环取代, 随着取代基吸电子能力的增强, 衍生物的前线分子轨道HOMO和LUMO的能级均呈逐渐降低的趋势.     

以N, N’-二异丁基-2, 3-二胺基喹喔啉为配体的钴和锌配合物的合成、晶体结构以及性质研究

本文以2,3-二氯喹喔啉和异丁胺为原料,合成了N,N’-二异丁基-2,3二胺基喹喔啉（L）,并合成了两个标题配合物（[Co（DIDAQX）Cl₂]）（1,DIDAQX=N,N’-Diisobutyl-2,3-（1H,4H）-diaminoquinoxaline）和（[Zn（DIDAQX）Cl₂]）（2）。并对其进行了红外、元素分析、单晶衍射、热重、荧光、电化学性质等性质研究。且对1做了密度泛函理论（DFT）计算。单晶结构分析表明1和2同构,都属于正交晶系,Pbca空间群,1的晶胞参数：a=1.4082（3）nm,b=1.4628（3）nm,c=1.7970（4）nm;V=3.7017（14）nm³,Z=8。2的晶胞参数：a=1.4082（3）nm,b=1.4648（3）nm,c=1.7969（4）nm;V=3.7065（14）nm³,Z=8。在配合物结构中每个金属原子以四配位的形式分别与2个Cl原子和来自配体的2个N原子配位,形成了一个扭曲的四面体结构。     

共轭CN与非共轭CF3吸电子取代基对PPV类衍生物分子结构及光电性质的影响

运用密度泛函DFT B3LYP／6-31G(d)方法对CN和CF3吸电子基团取代的PPV类衍生物的三聚体进行了几何构型优化,并采用含时密度泛函TD-DFT、B3LYP／6-31G(d)方法计算了其相应化合物的紫外吸收光谱．通过对CN和CF3取代的PPV类衍生物的分子几何结构、前线分子轨道能级、电子云分布规律的分析,从理论上解释了共轭CN与非共轭CF3吸电子取代基对其光谱性质影响的差异：前者使相应PPV类衍生物的吸收光谱发生红移,后者则发生蓝移．计算结果还表明用TD-DFT方法计算该体系的紫外吸收光谱值与实验数据吻合得很好;另外引入CN和CF3基团之后,使其相应的PPV衍生物的LUMO能级降低,电子亲合势增加,都是很好的电子传输材料．     

顺、反式结构对MPV异构体的分子构型和吸收光谱的影响

采用量子化学B3LYP／6－31G方法，分别优化；计算了MPV三种异构体的几何和电子结构，结果表明，在异构体中反式结构为平面构型，顺式结构为非平面构型，反式结构增加可使异构体的UV最大吸收峰有规则红移，解释了实验现象，并对烷氧基取代聚对苯乙炔中的顺、反异构其对相关性质的影响进行了有益的讨论。     

嵌锂石墨充电机制的abinitio和DFT理论研究

用ab initio/HFt DFT/B3LYP方法探究了在锂离子二次电池中锂离子在石墨负 电极材料里可逆脱过程。理论计算结果表明，嵌锂石墨LIG充放电机制是锂在石黑 碳层间可闹乱子嵌脱，同时伴随着锂与碳层间发生电荷连续转移和碳层堆积方式改 变的协同过程；计算结果也明确证实，嵌锂石墨嵌入脱出锂离子的过程就是锂离子 二次电池储存与释放能量的过程，提出的嵌锂石墨充放电机制较好地丰富了固体电 解质相界面SEI机理和单电子还原机理。     

醌型D-π-A类化合物AMTOE在不同溶剂中吸收和发射光谱的蓝移现象

采用连续介质模型(PCM)以及明确/连续的混合溶剂模型,运用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法,研究了溶剂极性对D-π-A类两性离子化合物1-(4-aza-4-methylphenyl)-2-trans-(4-oxyphenyl)ethane(AMTOE)分子几何、电子结构以及光谱性质的影响.计算结果表明,随着溶剂极性和超分子簇大小的增加,AMTOE基态(S0)分子几何从醌式结构向芳式结构转化.从基态(S0)到激发态(S1),化合物AMTOE醌式结构增强.从弱极性的氯仿溶液到强极性的水溶液,AMTOE分子的吸收光谱和发射光谱均发生蓝移,并且吸收光谱的蓝移程度大于发射光谱的蓝移程度,与实验现象定性一致.吸收光谱和发射光谱发生蓝移的原因是随着溶剂极性增强,HOMO轨道能级与LUMO轨道能级之间的能隙增大.对于具有明显电荷转移的AMTOE分子的溶剂化显色效应,长程矫正的含时密度泛函TD-CAM-B3LYP方法比传统的含时密度泛函TD-B3LYP方法更为合理.另外,明确/连续的混合溶剂模型能更好的描述该类体系在强极性溶剂中的溶剂化显色效应.     

嵌锂石墨充电机制的abinitio和DFT理论研究

用ab initio/HFt DFT/B3LYP方法探究了在锂离子二次电池中锂离子在石墨负 电极材料里可逆脱过程。理论计算结果表明，嵌锂石墨LIG充放电机制是锂在石黑 碳层间可闹乱子嵌脱，同时伴随着锂与碳层间发生电荷连续转移和碳层堆积方式改 变的协同过程；计算结果也明确证实，嵌锂石墨嵌入脱出锂离子的过程就是锂离子 二次电池储存与释放能量的过程，提出的嵌锂石墨充放电机制较好地丰富了固体电 解质相界面SEI机理和单电子还原机理。