Al(N3)3和P(N3)3结构与性质的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df)理论水平,对二元叠氮化合物Al(N3)3和P(N3)3进行密度泛函理论计算研究,获得其稳定分子的几何构型、电子结构、红外光谱以及稳定性。研究结果表明,P(N3)3分子中的磷原子拥有一对孤对电子,给予临近氮原子(Nα)上的孤对电子较大斥力,从而使其表现出三角锥形结构特征,而Al(N3)3表现为平面三角形结构特征。自然键轨道分析表明,Al–Nα和P–Nα键本质上均属于共价键。与叠氮自由基相比较而言,Al(N3)3和P(N3)3的每个叠氮基内部的总成键度显著增大,从而导致N3基的振动频率发生明显蓝移。前线分子轨道能级差和叠氮自由基键离解能的计算结果均表明Al(N3)3比P(N3)3更稳定。     

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法, 在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性. 结果表明: 随着聚合度增加, (PC-DTBT)n的稳定性降低, 化学活性增强. 采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法, 研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附, 通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明: 当PC-DTBT吸附在ZnS (100)表面时, ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷, 前线轨道能隙变窄. 理论预测的结果与实验值吻合.     

锂电池正极材料LiFePO_4的电子结构和晶形模拟研究

分别运用Materials Studio软件的CASTEP和Morphology模块对磷酸铁锂(LiFePO4)的结构和晶形进行计算模拟研究,获得其优化构型、电子结构、晶体形貌、晶面面积和晶面相对生长速率等特征参数.研究结果表明,PBE方法的计算精度明显高于CA-PZ方法,化合物中的Fe—O配位键本质上是共价键.LiFePO4的理论模拟晶形为柱状晶体,与其块状的实测晶体形貌存在较大差异,这归因于理论模拟晶形是LiFePO4在真空中的生长晶习,而非真实环境下的晶习.在LiFePO4的实际晶形中,(020)晶面拥有较大的面积,这与该晶面的原子排列方式和原子占有率密切相关.此外,表面活性剂和LiFePO4各特征晶面之间可形成大量C—H…O氢键,将晶粒有效地包覆起来,降低其生长速率,从而抑制LiFePO4晶粒长大.     

三硝基间苯三酚1,5-二氨基四唑盐的制备、晶体结构及热分析

通过1,5-二氨基-1,2,3,4-四唑（DAT）与等摩尔的2,4,6-三硝基-1,3,5-苯三酚（TNPG）反应,制备了新型离子型含能化合物DATH⁺TNPG^-。通过X射线单晶衍射、元素分析、FT-IR光谱和¹H NMR对其进行了表征。晶体结构测试表明：该化合物的晶体属于单斜晶系,P2(1)/c空间群,a = 1.3399(3),b= 0.47088(9),c = 2.0127(4) nm,β= 92.83(3) ^o,V = 1.2684(4) nm³, Z= 4。在氢键、静电引力和范德华力的作用下该化合物形成了稳定的三维网状结构。对DAT和DATH⁺TNPG^-晶体进行了DFT-B3LYP/6-31G**周期性计算研究,得到其Mulliken电荷分布和重叠布居,从理论上说明DAT质子化位置是在四唑环的N(4)原子。采用TG-DTG和DSC技术对目标化合物的热分解进行了研究,并采用Kissinger和Ozawa-Doyle法对热分解过程的非等温反应动力学进行了计算。     

4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔的合成机理和电子结构的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法, 在PW91/DNP 水平上研究了4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔在PdCl₂(PPh₃)₂ 催化下的合成机理. 优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物, 通过能量分析结果证实了中间体和过渡态的真实. 在同样的方法和精度研究了4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔在没有催化剂下的合成机理. 通过计算结果得到此反应在有PdCl₂(PPh₃)₂ 催化情况下的活化能小于没有催化剂情况下的活化能, 从而证明了PdCl₂(PPh₃)₂ 催化剂的催化活性. 采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法, 研究了产物P 在TiO₂(100)表面的吸附, 通过Mulliken charge 和前线轨道分析表明: 当P 吸附在TiO₂(100)表面时, P 向TiO₂(100)表面转移0.692 e 电荷, 前线轨道能隙变窄. 理论预测的结果与实验值吻合.     

锂电池正极材料LiFePO4的电子结构和晶形模拟研究

分别运用Materials Studio软件的CASTEP和Morphology模块对磷酸铁锂(LiFePO4)的结构和晶形进行计算模拟研究，获得其优化构型、电子结构、晶体形貌、晶面面积和晶面相对生长速率等特征参数。研究结果表明，PBE方法的计算精度明显高于CA-PZ方法，化合物中的Fe—O配位键本质上是共价键。LiFePO4的理论模拟晶形为柱状晶体，与其块状的实测晶体形貌存在较大差异，这归因于理论模拟晶形是LiFePO4在真空中的生长晶习，而非真实环境下的晶习。在LiFePO4的实际晶形中，(0 2 0)晶面拥有较大的面积，这与该晶面的原子排列方式和原子占有率密切相关。此外，表面活性剂和LiFePO4各特征晶面之间可形成大量C—H…O氢键，将晶粒有效地包覆起来，降低其生长速率，从而抑制LiFePO4晶粒长大。     

铕-2-羟基喹啉-4-羧酸配合物的合成及光谱性能

以Eu3+为中心离子,2-羟基喹啉-4-羧酸(H2hqc)、1,10-菲罗啉(Phen)和三苯基氧磷(TPPO)为配体,合成了新型配合Eu(Hhqc)3(H2O)、Eu(Hhqc)3Phen(H2O)5和Eu(Hhqc)3TPPO(H2O)5.用元素分析和红外光谱对配合物进行了表征,IR表明配合物Eu(Hhqc)3Phen(H2O)5的Δν值大于钠盐Δν值,配合物中羧酸根以单齿方式配位.而配合物Eu(Hhqc)3(H2O)和Eu(Hhqc)3TPPO(H2O)5Δν值均小于钠盐的Δν值,表明配合物中羧酸根与Eu3+呈螯合双齿配位方式.室温下测定了配合物的荧光光谱,研究了它们的荧光性能.结果表明,配合物均在581,594,615,654和703nm附近产生五条谱带,为Eu3+的特征发射,归属为5 D0→7 FJ(J=0,1,2,3,4)能级间的跃迁,第二配体Phen和TPPO的引入对Eu3+的荧光发射有明显增强作用,且Phen效果更好.     

CO在Pd掺杂Rh(111)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对CO在Rh(111)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Rh-Pd(111)表面Rh-top、Pd-top、Rh Rh-bridge、Rh Pd-bridge、Pd Pd-bridge、Rh2Pdhcp、Rh Pd2-hcp、Rh2Pd-fcc、Rh Pd2-fcc九个吸附位的13种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了CO较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:CO在Rh(111)和Rh-Pd(111)表面的最稳定吸附位分别为Rh-hcp和Rh-top位,其吸附能的大小顺序为Ph(111)Rh-Pt(111);CO与金属表面成键,属于化学吸附.     

三硝基均苯三酚及其碱金属盐晶体的周期性密度泛函理论研究

对三硝基均苯三酚(TNPG)及其碱金属盐晶体进行DFT-B3LYP周期性计算研究, 求得其能带和电子结构, 探讨了结构-性能关系. 研究结果表明, 晶胞结构参数的计算值与实验值吻合较好. TNPG的导电性介于半导体和绝缘体之间, 而其碱金属盐均为半导体. 金属离子的引入使TNPG阴离子和金属阳离子通过配位键形成三维无限网状结构, 这种网状结构与晶体的半导体性质相关联. TNPG及其碱金属盐的前线轨道主要是由C—NO₂的原子轨道组成, 配位水和金属离子对前线轨道的组成没有贡献. TNPG碱金属盐的带隙均比TNPG的小, 根据“最易跃迁原理”可推测碱金属盐均比TNPG敏感, 这与实验事实相符. 同时, 金属离子的引入增大了酚羟基上的氧原子的活性, 这也可能是导致碱金属盐比TNPG敏感的原因之一.     

Al(N3)3和P(N3)3结构与性质的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df)理论水平,对二元叠氮化合物Al(N3)3和P(N3)3进行密度泛函理论计算研究,获得其稳定分子的几何构型、电子结构、红外光谱以及稳定性.研究结果表明,P(N3)3分子中的磷原子拥有一对孤对电子,给予临近氮原子(Nα)上的孤对电子较大斥力,从而使其表现出三角锥形结构特征,而Al(N3)3表现为平面三角形结构特征.自然键轨道分析表明,Al-Nα和P-Nα键本质上均属于共价键.与叠氮自由基相比较而言,Al(N3)3和P(N3)3的每个叠氮基内部的总成键度显著增大,从而导致N3基的振动频率发生明显蓝移.前线分子轨道能级差和叠氮自由基键离解能的计算结果均表明Al(N3)3比P(N3)3更稳定.