木质素模化物键离解能的理论研究

采用密度泛函理论B3P86方法,在6-31G(d,p)基组水平上,对木质素结构中的6种连接方式(β-O-4、α-O-4、4-O-5、β-1、α-1、5-5)的63个木质素模化物的醚键(C-O)和C-C键的键离解能E_B进行了理论计算研究。分析了不同取代基对键离解能的影响以及键长与键离解能的相关性。计算结果表明,C-O键的键离解能通常比C-C键的小,在各种醚键中C_α-O键的平均键离解能最小,为182.7 kJ/mol;其次是β-O-4连接中的C_β-O键,苯环和烷烃基上的取代基对醚键的键离解能有较强的弱化作用,C-O键的键长和键离解能的相关性较差。与C-O键相比,C-C键的键离解能受苯环上取代基的影响很小,而烷烃基上的取代基对C-C键的键离解能有较大的影响,C-C键的键离解能和键长之间存在较强的线性关系,C-C键的键长越长,其键离解能越小。     

阿拉伯呋喃糖热解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛涵理论(DFT)方法M062X/6-311++G(d,p)对阿拉伯呋喃糖的热解过程进行了理论研究.对其可能发生的化学反应共设计了6条热解路径,一种热解方式是呋喃糖通过H原子转移发生开环而得到中间体2,这一步反应的热裂解反应能垒是181.5 kJ/mol,并对该中间体2设计了3条反应路径分别为1-3,或开环后得到中间体26,其热解路径为6;另一种热解方式是先脱水后进行开环反应设计了2条可能的热解路径分别为4和5.对各反应路径中所有化合物的结构进行了能量梯度全优化,并计算了各热解反应途径的热力学和动力学参数.通过对计算结果分析得到呋喃热解的主反应通道为2,3和5,其热解速控步反应能垒分别为321.5,300.2和339.9 kJ/mol.乙醇醛、乙醛、CO、糠醛和丙酮等小分子是热解的主要产物.这与相关实验结果一致.     

吡喃木糖热裂解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论理论方法M062X/6-311++G(d,p)，对吡喃木糖的热解反应机理进行了理论计算分析。针对吡喃木糖热解可能发生的化学反应共设计了九条可能的热解路径，并对各路径中的反应物、中间体和过渡态的几何结构进行了能量梯度全优化，并在梯度全优化的基础上计算了各热解反应路径的热力学和动力学参数。文中以两大类方式来设计反应路径：1）木糖首先经过过渡态TS1发生开环反应生成链状中间体2，该步的反应能垒为188.7 kJ/mol，对于中间体2共设计了五种可能的热解反应路径；2）考虑双键同时断裂的情况，木糖先发生脱水反应，接着按C-C和C-O键同时断裂的情况发生开环反应，针于这种情况共设计了四条可能的热解路径。计算结果表明，吡喃木糖热解的主要反应产物有乙醇、乙醛、糠醛、丙酮、酸类、CO2和CO等小分子化合物。     

左旋葡聚糖热解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31++G(d,p)方法,对纤维素热解的主要产物左旋葡聚糖的热解反应机理进行了理论计算分析,设计了四种可能的热解反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算结果表明,左旋葡聚糖开环成链状中间体时,首先,左旋葡聚糖中的两个半缩醛键C(1)-O(7)和C(6)-O(8)断裂,经过渡态TS₁形成中间体IM₁,同时,C(6)-O(7)结合成键使C(5)-C(6)-O(7)形成环状结构,该反应的能垒较高,为296.53 kJ/mol,然后IM₁经过渡态TS₂转变为中间体IM₂,该反应的能垒为234.09 kJ/mol;对IM₂设计了四条可能的反应路径,反应路径2和3能垒较低,是IM₂最可能的热解反应途径;在反应路径1和4中都包含了脱羰基反应,其反应能垒较高,不易发生。     

纤维素热解过程的分子动力学模拟

本文利用 PM3 方法对生物质主要组分纤维素进行了结构优化并得到了一系列的结构参数.对不同力场下,聚合度为 9 的纤维素单链热分解进行了分子动力学方法模拟研究,得到不同力场下的模拟过程中参数.通过与相关生物质热解实验结果对比,利用 Amber 力场模拟得到的结果与实验值吻合较好.基于 Amber 力场并结合量子力学对纤维素单元热解过程进行了研究,模拟得到纤维素单元分子链在加热过程中的主要分解温度范围、断键顺序以及一次热解的基团,并对一次产物进行了分析.     

单斜BiScO_3和BiCrO_3的电子结构和光学性质的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对单斜BiScO_3和BiCrO_3的电子结构和光学性质进行了比较研究.结果表明:BiScO_3为无磁绝缘体,带隙为直接带隙,BiCrO_3为间接带隙磁性半导体;BiScO_3和BiCrO_3都不吸收能量小于1.02 eV的光子,BiScO_3吸收可见光的能力强于BiCrO_3.     

木聚糖热解过程的分子动力学模拟

采用Hyperchem聚合物构建软件和半经验方法建立并优化木聚糖分子结构模型,得到木聚糖分子链的结构参数。基于Amber力场,采用周期性边界条件,在300~1 300 K,模拟研究了聚合度为9的木聚糖链热解过程。结果表明:当温度为550 K时,木聚糖分子链上的木糖苷键发生断裂,同时羟基脱落;当温度升高到650 K时,木聚糖吡喃环上的C—O键发生断裂,之后相应发生C—C键断裂。模拟得到木聚糖链热解的主要断裂基团,并分析了基团碎片可能对应的产物以及木聚糖主要裂解产物2-糠醛、乙醇醛、丙酮醇、二氧化碳、一氧化碳的生成机理。     

木质素模化物紫丁香酚热解机理的量子化学研究

采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对木质素模化物紫丁香酚的热解反应机理进行了量子化学理论研究。提出了三种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算了各热解反应途径的标准动力学参数,分析了各种主要热解产物的形成演化机理。键离解能计算结果表明,紫丁香酚中CH₃-O键的键离解能最小,各种键离解能的大小顺序为CH₃-O < O-H < CH₃O-C_aromatic < CH₂-H < HO-C_aromatic < C_aromatic-H。在反应路径(1)中,主要热解产物是3-甲氧基邻苯二酚,其形成反应的总能垒为366.6 kJ/mol;在反应路径(2)中主要热解产物是2-甲氧基-6-甲基苯酚,其形成反应的总能垒为474.8 kJ/mol;在反应路径(3)中形成邻甲氧基苯酚的总能垒很低,为21.4 kJ/mol,这表明,在连接甲氧基的碳原子上加氢后能够有效地降低木质素芳环模化物紫丁香酚去甲氧基反应的反应能垒。     

分子动力学模拟在聚合物热解中的应用

分子动力学模拟作为分子模拟的重要分支已经在化学、化工、材料、生物等领域受到了广泛的关注。介绍了分子动力学模拟的基本原理,阐述了分子动力学模拟在高分子聚合物热解反应机理研究中的应用。实例表明:在研究物质化学反应机理方面,分子动力学模拟是一种有效的研究手段。     

O-乙酰基-吡喃木糖热解反应机理的理论研究

为了从微观上理解半纤维素热解过程及其主要产物的形成演变机理,采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对O-乙酰基-吡喃木糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。在热解过程中,O-乙酰基-吡喃木糖中的O-乙酰基首先脱出,形成乙酸和中间体IM₁,该步反应能垒为269.4 kJ/mol。IM₁进一步发生开环反应形成IM₂,开环反应能垒较低,为181.8 kJ/mol。对中间体IM₂设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的热力学和动力学参数。计算结果表明,反应路径(4)和反应路径(2)是O-乙酰基-吡喃木糖热解的主要反应通道,乙酸、乙醛、乙醇醛、丙酮、CO、CO₂、CH₄等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。