基于第一性原理方法研究ReOx在ReOx-Rh/ZrO2和ReOx-Ir/ZrO2催化的甘油氢解反应中的作用机制

采用密度泛函理论研究了ZrO₂负载的Ru基、Rh基以及Re改性的Rh基、Ir基催化剂上甘油氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇的热力学过程, 重点考察了ReO_x调变催化剂活性和选择性的作用机制. 结果表明, Ru/ZrO₂和Rh/ZrO₂催化剂上甘油分解经由脱水-加氢反应途径, 1,2-丙二醇的生成是热力学有利过程, 其中Ru基催化剂活性更高. 在Re修饰的Rh基和Ir基催化剂上, 反应遵循直接氢解机理, 其中金属表面解离的氢原子进攻ReO_x团簇上与醇盐紧邻的C-O键是催化甘油转化为丙二醇最核心的步骤. ReO_x-Rh/ZrO₂催化剂上1,2-丙二醇为主要产物, 并伴随1,3-丙二醇的生成, ReO_x的修饰则显著提高了Ir/ZrO₂催化剂上1,3-丙二醇选择性. 与单金属催化剂上发生的间接氢解机理相比, 修饰催化剂上1,3-丙二醇选择性的提高可主要归因于Rh(Ir)-Re协同催化的直接氢解反应过程, 其中羟基化铼官能团有利于末端醇盐中间体的生成. ReO_x-Ir/ZrO₂催化剂上较大的Ir-Re团簇使得末端金属醇盐的立体优选性比次级醇盐更为突出, 从而具有最高的1,3-丙二醇选择性.     

多原子体系非绝热动力学的近似理论方法

非绝热动力学普遍存在于光物理和光化学过程中。描述非绝热跃迁需要处理电子-原子核间的相互耦合运动。由于计算量随体系尺度增大剧烈增长,准确的量子动力学计算目前只适用于描述小分子体系。为了研究多原子分子体系的非绝热过程,近年来发展了一些基于量子-经典动力学近似方法。本文将对典型的这类方法包括经典Ehrenfest方法、面跳跃方法、基于Wigner表示的混合量子-经典方法进行简要的介绍,并讨论如何将量子-经典动力学方法与电子结构从头算手段相结合,模拟非绝热过程。重点阐明各种方法的基本思想和优缺点,并对该领域的发展进行展望。     

飞秒化学的先驱者--记诺贝尔化学奖得主Ahmed H.Zewail教授

1999年10月12日,瑞典皇家科学院将今年的诺贝尔化学奖授予埃及和美国双重国籍的物理化学和化学物理学家Ahmed H.Zewail,以表彰他在利用飞秒激光脉冲研究化学反应方面的开拓性工作.各国科学家都认为这是一个众望所归的结果.在最近几年里,Zewail教授一直是诺贝尔化学奖呼声很高的候选人,并得到多次提名.     

利用基于直接动力学的轨线面跳跃方法处理非绝热过程

势能面交叉引起的非绝热过程广泛存在于光化学和光物理中。对这一过程进行描述是理论化学的重要挑战之一。非绝热过程涉及原子核与电子之间的耦合运动,因此量子化学的基本假设之一"玻恩-奥本海默"近似被打破,所以对其进行描述需要发展新的动力学理论方法。在这些方法中,Tully发展的最少轨线面跳跃方法凭借易于程序化、便于计算等优点已经发展成为处理非绝热问题的主要动力学方法之一。其中原子核以经典的方式在单一势能面上进行演化,电子以量子的方式沿着同一轨线进行演化。在整个演化过程中,非绝热跃迁通过轨线在不同势能面间的跃迁来描述,其中跳跃发生的几率与电子的演化有关。如果将该方法与从头算直接动力学相结合,可以在全原子水平上研究实际分子体系的非绝热动力学,给出其激发态寿命、非绝热动力学中分子的主要运动方式、反应通道以及分支比等重要信息。本文旨在讨论最少面跳跃直接动力学方法研究非绝热问题的一些进展,包括动力学基本理论,特别关注将最少面跳跃方法和直接动力学结合的数值实现细节,同时讨论该方法在研究实际体系当中的一些应用,并对轨线面跳跃方法下一步发展的一些方向进行合理的展望。     

使用基于MAPPING哈密顿的对称准经典动力学方法和基于ML-MCTDH的量子动力学方法研究超快电子转移

Symmetrical quasi-classical (SQC) method based on mapping Hamiltonian is an efficient approach that is potentially useful to treat the nonadiabatic dynamics of very large systems. We try to evaluate the performance of this method in the ultrafast electron transfer processes involving a few of electronic states and a large number of vibrational modes. The multilayer multiconfigurational time-dependent Hartree (ML-MCTDH) method was used to get the accurate dynamical results for benchmark. Although the population dynamics in the longtime limit show differences in the ML-MCTDH and SQC calculations, the SQC method gives acceptable results.     

在ADC(2)水平上通过从头算非绝热动力学方法模拟硝酸甲酯的光解

在ADC(2)水平上通过轨线面跳跃方法模拟了硝酸甲酯的非绝热动力学. 结果证实该体系存在快速的非绝热动力学过程,导致了体系回到电子基态. 当动力学从S₁和S₂电子态开始时,光解产物是CH₃O+NO₂,这个发现与实验研究的结果以及更高精度的XMS-CASPT2水平上模拟出的结果一致. 在ADC(2)水平上,当动力学从S₃态开始时,光解产物依然是CH₃O+NO₂. 该研究表明：ADC(2)方法可用于研究硝酸甲酯在长波下的光解机理,然而无法用于理解其在短波段下的光解动力学. 本文为在ADC(2)水平上处理类似化合物的光诱导过程提供了有价值的信息.