两体扰动势和H2O通道反应的三原子体系解析势

提出了两体扰动势的概念.通过两体扰动势构造多原子相互作用体系解析势的理论方法,获得了非线性三原子H2O相互作用体系的解析势函数.用势能面正确描述了O(1D)+H2→H2O→OH+H通道反应的性质.理论分析和实验结果非常符合.该方法比较容易推广构造多原子相互作用体系解析势.     

两体扰动势构造CO_2通道反应三原子体系解析势

应用两体扰动势，成功地构造了线性三原分子CO_2平衡态及通道反应的三原子 体系相互作用解析热。势函数不但定量地描述了CO_2平衡态的临界特性，而且势能 面正确的描述了O(~1D)+CO(X~1∑+)→CO_2→C(~3P)+O_2(X~3∑-_g)通道反应的性 质。理论分析与实验推测结果非常吻合。     

两体扰动势构造CO_2通道反应三原子体系解析势

应用两体扰动势，成功地构造了线性三原分子CO_2平衡态及通道反应的三原子 体系相互作用解析热。势函数不但定量地描述了CO_2平衡态的临界特性，而且势能 面正确的描述了O(~1D)+CO(X~1∑+)→CO_2→C(~3P)+O_2(X~3∑-_g)通道反应的性 质。理论分析与实验推测结果非常吻合。     

[He3H]＋分子基态势能面的从头计算研究

使用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ从头计算方法，对[He3H]＋分子的一些特殊构型的电子基态势能进行扫描，并以此为基础对三体相互作用势在惰性气体质子簇中的影响进行了讨论.结果表明即使在这样一个简单的体系中三体相互作用的影响都是不能忽略的.另一方面，在[He3H]＋分子稳定构型附近仅将势能展开至三体相互作用项便可提供较精确的相互作用信息，但在强排斥区域更高阶作用的影响变得越来越突出.本文同时讨论了[He4H]＋的稳态结构. [He3H]＋与[He4H]＋的稳态结构表明,[HenH]＋簇中存在着一个[He2H]＋核.     

规则星形高分子之间的相互作用势的自洽场研究

用自洽场理论方法计算了星形高分子之间的相互作用势, 并与标度理论的推测以及基于粒子的分子动力学模拟方法的结果进行了比较. 自洽场理论计算得到的星形高分子之间的二体相互作用势与标度理论推测的结果基本一致: 当两个星形高分子核心之间的距离小于其对应的等效软球的半径R时, 二体相互作用势U与星形高分子核心之间的距离d及官能度f之间的关系为U(d)∝-f 3/2 ln(d/R). 当星形高分子核心间距离较小, 相互作用势与星形高分子核心间距离的对数呈线性关系时, 三体相互作用为吸引作用, 但其强度约等于二体作用的10%. 因此, 以二体作用为基础的基于粒子的模拟方法是基本合理的.     

（CH3）2S与HOCl分子间的卤键和氢键相互作用

在DFT-B3LYP/6-311＋＋G＊＊水平上分别求得（CH3）2S…ClOH卤键复合物和（CH3）2S…HOCl氢键复合物势能面上的稳定构型.频率分析表明,与单体HOCl相比,在两种复合物中,10Cl—11O和12H—11O键伸缩振动频率发生显著的红移.经MP2/6-311＋＋G＊＊水平计算的含基组重叠误差（BSSE）校正的气相中相互作用能分别为-11.69和-24.16kJ·mol^-1.自然键轨道理论（NBO）分析表明,在（CH3）2S…ClOH卤键复合物中,引起10Cl—11O键变长的因素包括两种电荷转移：（i）孤对电子LP（1S）1→σ＊（10Cl—11O）;（ii）孤对电子LP（1S）2→σ＊（10Cl—11O）,其中孤对电子LP（1S）2→σ＊（10Cl—11O）转移占主要作用,总的结果是使σ＊（10Cl—11O）的自然布居数增加0.14035e,同时11O原子的再杂化使其与10Cl成键时s成分增加,即具有与电荷转移作用同样的“拉长效应”;在（CH3）2S…HOCl氢键复合物中也存在类似的电荷转移,但是11O原子的再杂化不同于前者.自然键共振理论（NRT）进行键序分析表明,在卤键复合物和氢键复合物中,10Cl—11O和12H—11O键的键序都减小.通过分子中原子理论（AIM）分析了复合物中卤键和氢键的电子密度拓扑性质.     

Rg-HX分子间势的精确从头计算研究

在用非迭代的三重激发项来校正CCSD的CCSD(T)理论水平下,采用aug cc pVQZ基函数对He HF的分子间势进行了系统的研究.结果表明：He HF以线型结构存在.在极限基的情况下,复合物两种线型极小点结构He H F和He F H势阱深分别为46.614 cm－1和25.026 cm－1,对应He原子到HF分子质心的距离Rm分别为0.3149 nm和0.3012 nm.讨论了不同的基函数和理论方法在研究此类弱束缚态复合物的分子间势时的可靠性及其对结果的影响,并研究了HF分子中H－F键长的改变对势能的影响,同时也给出了势函数的解析形式.     

金催化CO氧化湿度增强效应的理论研究

实验发现纳米金催化的CO氧化有良好的湿度增强效应,但有关机制仍不清楚.我们应用密度泛函理论研究了湿度增强效应的微观机制,以Au4团簇为例,研究了金催化CO氧化的微观机理,考察了H2O在反应中的角色和作用.计算结果表明,H2O与Au4团簇一样,在反应中扮演催化剂的角色,参与反应的进行、改变反应历程、降低反应能垒.催化循环包含4个基元步骤：O2＋H2O→OOH＋OH,CO＋OOH→CO2＋OH,CO＋OH→COOH,和COOH＋OH→CO2＋H2O,其中自由基OOH和OH的形成是催化循环的速控步骤,其能垒为100.31kJ/mol,明显低于非水参与反应的能垒（161.41kJ/mol）.目前的结果合理地解释了实验观测的CO催化氧化的湿度增强效应,给出了其微观反应机制.     

HOCl…HCOCl复合物的结构和电子性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上求得HOCl+HCOCl复合物势能面上的四种稳定构型(S1, S2, S3和S4). 其中, 在复合物S1和S3中, HOCl单体的5H原子作为质子供体, 与HCOCl单体中作为质子受体的1O原子相互作用, 形成红移氢键复合物; 在复合物S4中, HOCl单体的7Cl原子作为质子供体, 与HCOCl单体中作为质子受体的1O原子相互作用, 形成红移卤键复合物; 而在复合物S2中, 同时存在2C—3H…6O蓝移氢键和4Cl…5O相互作用. 在MP2/6-311++G**水平上计算的单体间的相互作用能考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)校正, 其值在-5.05与-14.76 kJ·mol-1之间. 采用自然键轨道理论(NBO)对两种单体间相互作用的本质进行了考查, 并通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中氢键和卤键键鞍点处的电子密度拓扑性质.     

第一性原理模拟氢气分子在氧化硅团簇上的吸附

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似(GGA)分析了H2分子吸附在氧化硅团簇上的几何结构、电子性质以及吸附能.结果发现:H2分子与Si3O4团簇相互作用时,H2分子被分解,游离的H原子优先吸附在末端Si原子上,表明Si3O4团簇体系对氢气的存储主要依赖于末端存在悬挂键的Si原子,接着H2分子才以分子的形式以较小吸附能吸附在Si3O4H4团簇上.氢气分子主要引起与其邻近的原子电荷的重新分布.该团簇体系的红外、拉曼光谱图有效地鉴定了H2分子的吸附状态,为理论上确定团簇的稳定结构和实验上对观测结果的分析提供有力的途径.     

稀土脯氨酸配合物[RE2(L-Pro)6(H2O)4](ClO4)6的标准生成焓测定

合成了两种稀土高氯酸盐与L 脯氨酸配合物的晶体.经热重、差热、化学分析及对比有关文献,知其组成是[Pr2(L Pro)6(H2O)4](ClO4)6和[Er2(L Pro)6(H2O)4](ClO4)6,质量分数为99.24％和98.20％.选用RE(NO3)3•6H2O(RE=Pr,Er)、L Pro、NaClO4•H2O和NaNO3作辅助物,使用具有恒温环境的反应热量计,以2 mol•L－1 HCl作溶剂,分别测定了[2RE(NO3)3•6H2O＋6L Pro＋6NaClO4•H2O]和{[RE2(L PrO)6(H2O)4](ClO4)6＋6NaNO3}在298.15 K时的溶解热.设计一热化学循环求得化学反应的反应焓ΔrHm分别是：63.904 kJ•mol－1和91.017 kJ•mol－1,经计算得配合物[RE2(L Pro)6(H2O)4](ClO4)6(s)在298.15 K时的标准生成焓ΔfHm(298.15 K)分别是－6 594.78 kJ•mol－1和－6 532.87 kJ•mol－1.     

HO+CH4→H2O+CH3反应的偏分势能面与散射共振态理论研究

用ab initio方法构建了该体系的偏分势能面, 并用其研究了该体系中散射共振态的形成机理, 估算了第一共振态寿命.     

H2分子在LaFeO3表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算表面能确定LaFeO₃(010)表面为最稳定的吸附表面,研究了H₂分子在LaFeO₃(010)表面的吸附性质。LaFeO₃(010)表面存在LaO和FeO₂两种终止表面,但吸附主要发生在FeO₂终止表面,由于LaFeO₃(010)表面弛豫的影响,使得凹凸不平的表面层增加了表面原子与H原子的接触面积,表面晶胞的纵向体积增加约2.5%,有利于H原子向晶体内扩散。研究发现,H₂分子在LaFeO₃(010)表面主要存在3种化学吸附方式:第一种吸附发生在O-O桥位,2个H原子分别吸附在2个O原子上,形成2个-OH基,这是最佳吸附位置,此时H原子与表面O原子的作用主要是H1s与O2p轨道杂化作用的结果,H-O之间为典型的共价键。H₂分子的解离能垒为1.542 eV,说明表面需要一定的热条件,H₂分子才会发生解离吸附;第二种吸附发生在Fe-O桥位,1个H原子吸附在O原子上形成1个-OH基,另一个H原子吸附在Fe原子上形成金属键;第三种吸附发生在O顶位,2个H原子吸附在同一个O原子上,形成H₂O分子,此时H₂O分子与表面形成物理吸附,H₂O分子逃离表面后容易形成氧空位。此外,H₂分子在LaFeO₃(010)表面还可以发生物理吸附。     

Relativistic perturbation theory of chemical properties

Summary Double perturbation theory is developed for the case where relativity is one perturbation and the other perturbation describes a chemically interesting observable such as molecular structure, force constant or polarizability. Relativity is treated according to Rutkowski's nonsingular perturbation approach. Expressions for four-component and two-component wave-functions and for the Hartree-Fock approximation are given. The method is applied analytically to the relativistic corrections of the electric polarizability of the H atom, and algebraically to the potential curve of the H ₂ ⁺ molecule. Second and third order double perturbation interchange relations are numerically verified. In the present formalism, terms up to third order are needed to qualitatively understand the relativistic corrections of chemical observables.     

CH2SH与NO2双自由基反应机理的理论研究

在B3LYP/6-311＋＋G(2df,p)水平上优化了标题反应驻点物种的几何构型, 并在相同水平上通过频率计算和内禀反应坐标(IRC)分析对过渡态结构及连接性进行了验证. 采用双水平计算方法HL//B3LYP/6-311＋＋G(2df,p)对所有驻点及部分选择点进行了单点能校正, 构建了CH2SH＋NO2反应体系的单重态反应势能剖面. 研究结果表明, CH2SH与NO2反应体系存在4条主要反应通道, 两个自由基中的C与N首先进行单重态耦合, 形成稳定的中间体HSCH2NO2 (a). 中间体a经过C—N键断裂和H(1)—O(2)形成过程生成主要产物P1 (CH2S＋trans-HONO), 此过程需克服124.1 kJ•mol－1的能垒. 中间体a也可以经过C—N键断裂及C—O键形成转化为中间体HSCH2ONO (b), 此过程的能垒高达238.34 kJ•mol－1. b再经过一系列的重排异构转化得到产物P2 (CH2S＋cis-HONO), P3 (CH2S＋HNO2)和P4 (SCH2OH＋NO). 所有通道均为放热反应, 反应能分别为－150.37, －148.53, －114.42和－131.56 kJ•mol－1. 标题反应主通道R→a→TSa/P1→P1的表观活化能为－91.82 kJ•mol－1, 此通道在200～3000 K温度区间内表观反应速率常数三参数表达式为kCVT/SCT＝8.3×10－40T4.4 exp(12789.3/T) cm3•molecule－1•s－1.     

α-Fe2O3掺杂对In2O3电导和气敏性能的影响

用化学共沉淀法制备了α Fe2O3掺杂的In2O3纳米晶微粉,研究了α Fe2O3掺杂对In2O3电导和气敏性能的影响. 结果表明, α Fe2O3和In2O3间可形成有限固溶体In2－xFexO3(0≤x≤0.40); Fe3＋对In2O3晶格中In3＋格位的部分取代,大大增强了阴阳离子间的结合力,导致材料中氧空位VO×数骤降、 自由电子的浓度变稀和电导下降. n(Fe3＋):n(In3＋)=5 :5的共沉淀粉于800 ℃下灼烧4 h所得的α Fe2O3掺杂In2O3传感器元件,对45 μmol•L－1 C2H5OH的灵敏度达54.0,为相同浓度干扰气体汽油的8倍多.     

Reaction mechanism of hydrogen cyanide catalyzed by gas‐phase titanium

To explore the details of the reaction mechanism of Ti atom with HCN, the reactive site and reactivity have been predicted first, the potential energy surfaces have been systematically studied at different theoretical levels. Four different reaction pathways and product distribution are discussed by means of the activation strain model and Curtin–Hammett principle. In addition, the structures, bonding properties and the frontier molecular orbital interaction diagrams of main stationary points were analyzed by atoms in molecules and natural bond orbital. The results show that for this system, there are four reaction pathways, in which path b (HCN＋Ti→IM1→TS1→IM2→T2b→IM4) is the most favorable pathway.     

Cu_2O(111)催化水煤气变换反应机理的理论研究

采用密度泛函理论结合周期平板模型方法系统地研究了水煤气变换反应在Cu_2O(111)表面上的反应机理,包括氧化还原机理、羧基机理和甲酸根机理.结果表明,在Cu_2O(111)表面,羧基机理和甲酸根机理均可行,且甲酸根机理更为有利,其最佳反应途径为H_2O~*→H~*+OH~*;CO(g)+H~*+OH~*→trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*→CO_2~*+H_2(g).其中trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*为其决速步,该基元反应的能垒仅为59 kJ·mol~(-1).羧基机理的最优反应路径同样是以H_2O的解离反应开始,随后CO(g)+OH~*→cis-COOH~*→trans-COOH~*→CO_2(g)+H~*,最后产生的两个吸附的H原子先迁移再结合生成H_2,整个反应的控速步骤为H原子的迁移,迁移能垒为96 kJ·mol~(-1).氧化还原机理则由于OH解离需要越过一个很高的能垒(254 vs.187 kJ·mol~(-1))而不可行.     

Potential energy surfaces and vibrational spectra for isotopomers of N2O

Potential energy surfaces and vibrational spectra for the four isotopomers (^l5N¹⁴N¹⁶O,^l4N^I5N¹⁶O,¹⁵N₂ ¹⁶O and¹⁵N₂ ¹⁸O) of N₂O have been investigated with the vibrational self-consistent field-configuration interaction method. It is shown that the isotopomers with the same end atom have similar values of the potential parameters, and that substitution with different end atoms can affect the potential obviously. The calculated vibrational levels are in good agreement with the observed values by the optimization of several potential parameters (f ₁ ⁽¹⁾,f ₁₃ ⁽⁰⁾,f ₃ ⁽¹⁾ which are sensitive to isotopic substitutions. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 29673029).