环状碲团簇Te_n(n=3-12)拉曼光谱的密度泛函理论研究北大核心CSCD

采用密度泛函理论研究了气相环状碲团簇Ten(n=3-12)的拉曼光谱.使用B3LYP方法,四种Dunning相关一致性基组(包括三ζ函数cc-p VTZ-PP,aug-cc-p VTZ-PP,sdb-cc-p VTZ以及sdbaug-cc-p VTZ基组)进行了计算.以Te12为例,基组是否包含弥散函数(aug)所造成的最大拉曼活性值差异仅为5.57和5.844/amu,相应的振动波数差异仅为0.34和0.27 cm-1,因此弥散函数对环状碲团簇的拉曼计算是无关紧要的.以采取aug-cc-p VTZ-PP基组计算Te7为例,振动波数与文献已有值之差最小仅为0.16 cm-1,计算结果与文献已有值符合得很好.各团簇的拉曼光谱图表现出不同的谱线轮廓,可以作为环状碲团簇相互间区分鉴别的有力依据.     

环状碲团簇Te_n(n=3-12)拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了气相环状碲团簇Ten(n=3-12)的拉曼光谱.使用B3LYP方法,四种Dunning相关一致性基组(包括三ζ函数cc-p VTZ-PP,aug-cc-p VTZ-PP,sdb-cc-p VTZ以及sdbaug-cc-p VTZ基组)进行了计算.以Te12为例,基组是否包含弥散函数(aug)所造成的最大拉曼活性值差异仅为5.57和5.844/amu,相应的振动波数差异仅为0.34和0.27 cm-1,因此弥散函数对环状碲团簇的拉曼计算是无关紧要的.以采取aug-cc-p VTZ-PP基组计算Te7为例,振动波数与文献已有值之差最小仅为0.16 cm-1,计算结果与文献已有值符合得很好.各团簇的拉曼光谱图表现出不同的谱线轮廓,可以作为环状碲团簇相互间区分鉴别的有力依据.     

单冰晶石微结构与拉曼光谱特征研究

本文以单冰晶石中的AlF4-基本结构单元为基础,构建了系列团簇,采用Restricted Hatree-Fock(RHF)量子化学自洽场方法和6-31G(d)基组对团簇进行优化,并在相同的方法和基组条件下计算分子振动频率及其拉曼活性,证实AlF4-结构中Al-F键的对称伸缩振动峰位在622cm-1附近。同时,用高温拉曼光谱仪原位实测了单冰晶石成分的物质及其熔体的常温和高温拉曼光谱,研究表明,在升温过程中有单冰晶石相生成,此外,分析了其结构及其振动光谱随温度的变化。     

WnNim(n+m=8)团簇的极性和光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上对WnNim(n+m=8)团簇的各种可能构型进行了几何参数全优化,得到了它们的基态构型;并对基态构型的偶极距、极化率、红外光谱和拉曼光谱性质进行了分析,结果表明:团簇WnNim(n+m=8)都具有极性,富W团簇非线性光学效应强,容易被外加场极化;振动频率主要分布在0-350 cm-1范围内,团簇W4Ni4因其振动方式的特殊性,红外光谱和拉曼光谱在频率421.971 cm-1处,都有明显强峰;团簇W5Ni3因其结构的高对称性在振动光谱中出现多处共振现象.     

(BN)25团簇的结构与性能

采用密度泛函理论的杂化密度泛函（B3LYP）方法,在6-31G （d）基组水平上,对（BN）₂₅团簇进行结构优化和频率计算,得到基态构型,并对其稳定性、自然键轨道（NBO）、振动光谱和NICS进行计算.结果表明：（BN）₂₅团簇的能隙值较高,具有良好的化学稳定性;B原子和N原子的内部及原子之间都会发生s、p轨道杂化,原子之间有少量电荷转移;（BN）₂₅团簇的红外光谱和拉曼光谱都有较多振动峰;（BN）₂₅团簇具有芳香性.     

7Li2分子23Πu激发态的解析势能函数、振动能级及其转动惯量

使用Gaussian03程序包中的“对称性匹配簇-组态相互作用”方法、在0.13—2.0nm的核间距范围内利用6-311 G(d,p)基组对7Li2(23Πu)分子的势能曲线进行了计算,同时使用最小二乘法将计算结果拟合成了解析势能函数.利用拟合出的解析势能函数并结合Rydberg-Klein-Rees方法,计算了该态的谐振频率,进而计算了该态的其他光谱常数,分别为Te=3.6701eV,De=1.0764eV,Re=0.3000nm,ωe=285.69cm-1,ωeχe=1.8351cm-1,αe=0.00942cm-1和Be=0.5340cm-1,其中光谱常数Te,De,Re和ωe的值与文献值相符很好.以得到的解析势能函数为基础,通过求解双原子分子核运动的径向Schr dinger方程,发现J=0时7Li2(23Πu)分子存在67个振动态,求出了相应于每一振动态的振动能级、振动经典转折点及转动惯量.     

Y_n(n=2～10)团簇的稳定结构及其光谱性能

运用杂化密度泛函方法(DFT)B3LYP,在LANL2DZ赝势基组水平上对Yn(n=2~10)团簇的多种可能初始构型进行了结构优化和频率及光谱分析,根据能量最低原则确认了Yn(n=2~10)团簇没有虚频的基态结构,且计算得到的结构比以往理论计算得到的结构能量更低,Y2振动频率ωe=188.9 cm-1比以往计算值更接近实验值184.4 cm-1,在此基础上研究了团簇的稳定性和极化率,并分析了Yn(n=2~10)团簇的光谱性能。结果表明,Y7为所研究团簇结构转折点,团簇的电子稳定性随着原子数增加而逐渐减弱。振动光谱分析表明,Yn(n=2~10)团簇中具有较高对称性的C2v和Cs点群具有更多的振动模式,而稳定性较强的Y7和Y9在所研究频段内分别有较好的红外和拉曼活性,有明显的共振现象。     

硅酸盐玻璃和熔体结构的拉曼光谱定量解析

采用核磁共振谱和拉曼光谱对不同Na_2O浓度的系列二元钠硅酸盐玻璃进行了测定。采用精细结构Q_i~(jklm)对所得的核磁共振谱进行分峰拟合,得到不同Q_i~(jklm)结构在核磁共振谱中的化学位移和相对含量以及初级结构Q_i的相对含量。此外,通过构建系列硅酸盐玻璃和熔体中存在的团簇结构模型,采用量子化学从头计算方法模拟团簇的振动波数和拉曼活性,获取拉曼光谱散射截面函数。结果表明,开发的拉曼光谱定量方法与核磁共振方法在硅酸盐玻璃结构的解析上吻合良好,实验也表明适合高温原位检测的拉曼光谱技术可以实现硅酸盐熔体结构的定量解析。     

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

有机磷类农药常被用于防治植物病、虫、害,但对人、畜的急性毒性很强,能抑制乙酰胆碱酯酶。三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)的分子构型用GaussView3.07构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31G(d, p)基组,并将实验拉曼光谱、理论计算拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)进行比较。结果表明,三种有机磷类农药分子的实验值与理论方法计算值具有很好的匹配性,并对三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)在400～1 800 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了这三种有机磷类农药的特征峰。有机磷类农药分子的振动峰中会出现相近的波数,PO基团引起的波数在1 140～1 320 cm-1之间,PS的伸缩振动的谱带在535～750 cm-1范围,含有P—O—C基团的有机磷类农药在920～1 088 cm-1范围产生一个谱带。对比分析三种农药的实验拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,找到了这三种有机磷农药分子各自主要的表面增强拉曼特征峰,这些表明利用SERS技术可以用来鉴定有机磷农药。研究结果为有机磷农药的定性定量分析提供了理论基础。     

InSi_n(n=2-15)团簇结构、稳定性与电子性质的理论研究

使用卡里普索(CALYPSO)结构预测程序并结合密度泛函理论,在B3LYP/GENECP基组水平上,对InSi_n(n=2-15)团簇的几何结构进行优化与计算.结构优化表明:InSi_n团簇的最低能量构型趋于立体结构(n2),且形成In原子戴帽InSi_(n-1)团簇结构.稳定性分析发现InSi_(12)团簇为幻数结构,In原子的掺杂降低了Si_(n+1)团簇的稳定性.团簇中的电荷总是由In原子向Si原子转移.最后讨论了团簇的电子局域密度函数、红外与拉曼光谱.     

Mg_2Si_n(n=1～9)团簇结构、稳定性与光谱性质的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组的水平上对Mg2Sin(n=1~9)团簇的多种可能几何构型进行了结构优化,获得了各个尺寸下团簇的最低能量结构,随后对最低能量构型的稳定性、红外光谱与拉曼光谱性质进行了理论研究。结果发现:当n≥3时,Mg2Sin团簇的基态构型均为立体结构;Mg原子的掺入提高了体系的化学活性;Mg2Si4与Mg2Si6是幻数结构;在相同的观察频段内,Mg2Si4团簇的红外光谱只有一个强振动峰,拉曼光谱强振动峰的个数较多且位于高频段内,其拉曼活性较强,与之相反,Mg2Si6团簇的红外光谱强振动峰个数较多,而拉曼光谱强振动峰则只有一个,表明其红外活性较强。     

基于密度泛函理论的莫西沙星振动光谱研究

莫西沙星作为第四代氟喹诺酮类抗生素被大量的使用,在人体以及家畜体内会有药物残留,危害每个人的生命健康。为了避免人体二次摄入,能够快速检测肉制品中是否含有莫西沙星残留的方法尤为重要。为此,采用振动光谱技术结合密度泛函理论方法为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据,为其在药品检测领域的应用提供参考。具体研究内容和结果如下：第一步以密度泛函理论为基础（DFT）,构建莫西沙星分子空间结构,利用B3LYP/6-311+G(d)基组优化结构并计算其理论拉曼光谱与红外光谱。理论计算结果发现莫西沙星分子在3 700~2 800与1 800~400 cm-1范围内具有明显的拉曼与红外活性,前者主要是官能团上键的振动,后者为指纹区上键的振动。由于两种光谱信息互补的优越性,首先通过对比理论拉曼光谱与红外光谱,标记出同时具有两种或只具有一种振动活性的振动峰频率,结合Gaussian view显示莫西沙星分子中每个键对应的振动频率进行全面的归属,同时给出莫西沙星分子的键长、键角和二面角等空间结构参数。第二步通过实验测量了莫西沙星（Moxifloxacin,MXF）的自然拉曼光谱（NRS）与红外光谱（IR）。理论计算结果误差由频率校正因子0.973修正,再与实验数据相比较,峰值波数相差大多在0~10 cm-1范围内,计算结果与实验数据基本一致,该结果为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据,为其在药品检测领域的应用提供参考。     

Al_nCl(n=2～14)团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

在卡里普索(CALYPSO)结构预测方法的基础上,运用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP,在6-311G+(d)基组水平上,对AlnCl(n=2~14)团簇进行了几何构型优化与电子性质计算。同时,讨论了AlnCl(n=2~14)团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、解离能等性质随着团簇尺寸的演化规律以及红外、拉曼光谱的性质。研究结果表明AlnCl(n=2~14)团簇基态结构由平面结构向三维立体结构演化,形成Cl原子戴帽的Aln-1Cl团簇基态结构,Al7Cl是团簇的幻数结构,AlnCl(n=2~14)团簇的红外振动峰在高频段上只有一个较强的振动峰,而拉曼活性谱图显示,拉曼强振动峰个数较多,并且在中低频段内活性较高。     

LaCl_3溶液中微团簇的光谱研究

对LaCl_3溶液拉曼和荧光光谱及其变化进行了理论计算和实验研究,得到了较为全面的光谱信息。基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d,p)+Def2-SV(p)基组水平上计算了氯化镧溶液中的微团簇结构,结果表明微团簇分子趋向于形成9配位结构,验证了计算方法的可行性。理论拉曼光谱与实验光谱相比基本一致,随着LaCl_3的加入溶液拉曼光谱在300~600cm~(-1)范围内峰的强度稍微增大,原因可能为La—O振动与水中O—H的面内、面外摇摆峰叠加形成的;在3 000~4 000cm~(-1)范围内,氯化镧溶液与水相比峰形变窄,可能是由于在溶液中原有的水团簇结构破坏后形成的镧水合物中O—H的伸缩振动导致。荧光发射光谱在350nm处出现明显的新峰,且与浓度呈良好的线性关系,从络合物角度实现了对氯化镧溶液的定量分析;同样的基组水平上计算了团簇的荧光发射中心,在误差允许范围内,理论计算与实验值基本吻合,实现了对实验光谱中新峰的指认与归属。     

7-羟基香豆素红外光谱的密度泛函理论研究

红外光谱是化合物结构鉴定的重要信息来源,对天然有机药物的分子结构及其生物活性研究意义重大。而随着理论计算方法更加合理、计算精度不断提高,理论计算在红外光谱模拟、振动模式归属指认等方面优势更加明显,对红外光谱解析等实验研究具有重要参考价值。本研究利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)/B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平对7-羟基香豆素进行了几何结构优化和红外光谱计算,得到稳定结构及全部振动模式。计算结果显示7-羟基香豆素红外光谱吸收峰主要分布于波数3 700～3 500,3 150～3 000,1 750～1 400,1 400～1 000,1 000～50 cm-1几个区域。除波数3 700～3 500,3 150～3 000 cm-1范围内振动相对独立,分别归属为O—H伸缩振动和芳环C—H伸缩振动外,其他几个区域均较为复杂,谱峰不同程度由多个振动模式叠加而成。最后,根据振动模式理论及振动图像分析,对所有振动模式进行了详细指认。并通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了7-羟基香豆素红外光谱主要吸收峰波数理论计算值和实验数据的相关性。结果表明,计算值和实验值基本吻合,相关系数值等于0.998 5,相关性较好;采用密度泛函理论在该基组水平对7-羟基香豆素红外光谱的理论计算较为可靠。     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

红外光谱和拉曼光谱的联系和区别

文章综述红外光谱和拉曼光谱的基本原理、产生条件,讨论二者之间的联系和区别：（1）红外光谱常用于研究极性基团的非对称振动;拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动;（2）拉曼光谱一次可以同时覆盖40-4000cm-1波数的区间,可对有机物及无机物进行分析;（3）拉曼光谱可测水溶液,而红外光谱不适用于水溶液的测定;（4）拉曼光谱中既有红外光谱解析中的定性三要素还有去偏度ρ,通过测定ρ,可以确定分子的对称性.这两者在应用中互补,掌握和运用这两种光谱技术在分子定性、定量、分子结构及表面形态等研究方面具有一定的指导意义.     

Mg_n(2≤n≤15)的几何结构和振动频率及光谱研究

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法计算了Mgn(2≤n≤15)团簇的键长、能量、二阶能量差分、配位数、能隙、光谱等性质,找到了Mgn(2≤n≤15)团簇的较稳定结构并确定幻数团簇,然后对这些稳定结构进行光谱分析。采用3-21g和lanl2dz一大一小两种基组分别进行计算,结果表明,两种基组计算结果在基态结构上相差不大,只有二阶能量差分有较小的区别,lanl2dz基组计算的键长偏长;Mg4、Mg10、Mg15为较稳定结构,其中Mg4、Mg10为幻数团簇;除Mg2之外,其他团簇都有红外、拉曼活性;对稳定结构的光谱分析发现,Mg10的红外谱峰最多,Mg15的光谱强度最大。     

氨团簇(NH_3)_n(n=2~8)红外振动光谱的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的基础上,利用B3LYP/6-31G(d)的方法计算得到了氨团簇(NH3)n(n=2~8)的最稳定构型,并对它们的红外振动光谱进行了理论计算和研究.结果表明氨团簇(NH3)n(n=2~8)的红外振动光谱按团簇分子的振动类型分主要分布在Ⅰ(0~1000 cm-1)、Ⅱ(1000~1500 cm-1)、Ⅲ(1500~3000cm-1)和Ⅳ(3000~4000 cm-1)四个区域;除n=2外,最强峰都出现在Ⅳ区域,并且随着团簇尺寸的增大,最强峰的强度有所增加,位置也出现明显的红移.