Pd-Y微团簇的结构与性质研究

在相对论有效原子实势近似下，用密度泛函理论方法，对Pd_n(n=2,3,4)，Y_n（n=2,3,4）,Pd_nY(n=1,2,3,4)，PdY_n(n=2,3,4)，Pd₂ Y_n(n=2,3,4)团簇的各种可能的几何构型进行全优化计算,得到它们的基态结构和 光谱性质.结果表明，由于 Jahn-Teller效应， Pd₄和Y₄的基态结 构为C_s构型，P d₃和Y₃为C_2v 构型；混合微团簇Pd₃Y，Pd ₄Y，PdY₃，PdY₄ 和 Pd₂Y₄基态为C_s构型.最后计算了团簇的能级分布和最 高占据轨道与最低空轨道之间的能级间隙,分析了团簇的化学活性. 关键词： Pd-Y团簇 有效原子实势 密度泛函     

High adsorption and separation performance ofCO2 over N2 in azo-based (N=N) pillar[6]arene supramolecular organic frameworks

Azo-based pillar[6]arene supramolecular organic frameworks are reported for CO₂ and N₂ adsorption and separation by density functional theory and grand canonical Monte-Carlo simulation. Azo-based pillar[6]arene provides suitable environment for CO₂ adsorption and selectivity. The adsorption and selectivity results show that introducing azo groups can effectively improve CO₂ adsorption and selectivity over N₂, and both CO₂ adsorption and CO₂ selectivity over N₂ follow the sequence pillar[6]arene_N4 > pillar[6]arene_N2 > pillar[6]arene. Pillar[6]arene_N4 exhibits CO₂ adsorption capacity of ～ 1.36 mmol/g, and superior selectivity of CO₂ over N₂ of ～ 116.75 with equal molar fraction at 1 bar (1 bar=10⁵ Pa) and 298 K. Interaction analysis confirms that both the Coulomb and van der Waals interactions between CO₂ with pillar[6]arene frameworks are greater than that of N₂. The stronger affinity of CO₂ with pillar[6]arene_N4 than other structures and the larger isosteric heat differences between CO₂ and N₂ rendered pillar[6]arene_N4 to present the high CO₂ adsorption capacity and high CO₂ selectivity over N₂. Our results highlight the potential of azo-functionalization as an excellent means to improve pillar[6]arene for CO₂ capture and separation.     

PdH、YH体系的结构与氢化反应的平衡压力

用相对论有效原子实势(RECP/SDD)和密度泛函(B3LYP)方法对PdH、YH体系的结构进行了优化,同时用Murrell-Sorbie函数导出PdH、YH分子的势能函数和光谱常数;得到PdH分子的基态为X2∑+,RPdH=0.154 1 nm,离解能De=2.511 eV,谐振频率ωe=2 019.458 9 cm-1;YH分子的基态为X1∑+,RYH=0.191 9 nm,离解能De=4.308 eV,谐振频率ωe=1 497.531 2 cm-1;并得到一键长为0.200 3nm,De=3.488 eV,ωe=1 309.318 2 cm-1的YH分子激发态.并根据以分子总能量中的振动能Ev代替固态能量,以电子和振动熵SEv代替固态熵的近似方法,计算了不同温度下Pd、Y与H2、D2、T2反应的一氢化物热力学函数△Hθ、△Gθ、△Sθ及氢化反应平衡压力,导出了与温度的依赖关系,结果表明:PdH(S)的生成焓为32.05kJ·md-1,与实验值37.30kJ·mol-1接近,YH(S)的生成焓为70.21 kJ·mol-1.     

钇二氢化反应热力学函数的研究

用密度泛函方法B3LYP/SDD/6-311＋＋G**计算了YH₂的微观性质. 并用分子总能量中的振动能E_v代替固态能量0705212, 振动熵S_Ev代替固态熵的近似方法, 以及考虑到电子能量的变化, 计算了固态YH₂(D, T)的焓H和熵S, 得到不同温度下Y与H₂, D₂, T₂反应的ΔH^⊖, ΔS^⊖, ΔG^⊖及氢化反应平衡压力, 导出了与温度的依赖关系. 计算结果表明, YH₂(s)的生成热为199.25 kJ•mol^－1, 与实验值210.00及 225.94 kJ•mol^－1非常接近, 说明近似方法的正确性.     

PdY合金及其一氢化物分子结构及热力学函数的研究

本文利用B3LYP的密度泛函方法对PdY、 PdYH的分子结构进行了优化,得到PdY最稳定的电子态为2∑,RPdY=0.2418 nm,ωe=249.66cm-1,De=2.75eV.PdYH最稳定构型为Cs,1A'态,RPdY=0.243 0 nm,RYH=0.197 4nm,∠PdYH=116.54°,谐振频率v1(a')=1 450.83cm-1,v2(a')=351.21cm-1,v3(a')=243.71cm-1,离解能De(PdYH)为5.64 eV.并以气态分子总能量中的振动能Ev代替分子处于固态时的振动能,以电子运动和振动运动熵SEv代替分子处于固态的熵的近似方法计算了PdY与氢及其同位素反应的△Hθ、△Sθ、△Gθ及氢化反应平衡压力,得出PdYH(S)的生成焓为60.32kJ·mol-1.     

PdN、PdN2分子的结构与势能函数*

在Pd 的RECP 近似下, 运用B3LYP 方法, 对Pd 采用基集合SDD, 对N 采用基集合AUG鄄cc鄄pVTZ, 对PdN 和PdN2分子的微观结构进行了理论计算. PdN 分子的基电子状态为4撞-, PdN2分子的最稳定构型为单重态的线性Pd—N—N(C肄V),其电子状态为1撞+. 采用最小二乘法拟合出PdN 分子的Murrell鄄Sorbie 势能函数, 使用多体展式理论导出了势函数中的参数, 进而给出PdN2分子基态势函数的解析表达式, 其势能面准确地复现了平衡稳态结构和能量关系, 表现了Pd 内迁移的详细过程, 存在一个C2V构型的鞍点(RNN=0.11700 nm, RPdN=0.22088 nm). 由图得到内迁移的能垒为0.5197 eV, 与计算值0.4560 eV 接近.     

N2在Pd金属表面的吸附行为

对Pd原子采用相对论有效原子实势(RECP/SDD), N原子采用AUG-cc-pVTZ基函数, 利用B3LYP方法计算了PdN和PdN2分子的微观结构以及不同温度下的热力学函数. 以气态分子总能量中的振动能EV代替该分子处于固态时的振动能量, 以电子运动和振动运动熵SEV代替分子处于固态的熵的近似方法, 计算了不同温度下金属Pd与N2反应的ΔHӨ、ΔSӨ、ΔGӨ及氮化反应平衡压力, 导出了氮化反应平衡压力与温度的关系. 由此可看出, 在常压及298.15～998.15 K温度条件下, N2在金属Pd表面的吸附过程以Pd(s) + N2 = PdN2(s)反应进行. 计算得出在标准条件下, PdN(s)的生成焓为254.37 kJ·mol-1, PdN2(s)的生成焓为－80.59 kJ·mol-1. 并与Pd氢化反应平衡压力比较, 得到平衡常数Kp(N2)比Kp(H2)约小两个数量级, 说明N2较难被金属Pd表面吸附, 在热力学上有利于氢置换氮.