外场作用下邻苯二甲酸二丁酯的分子结构和光谱研究

邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate, DBP)是增塑剂的主要成分之一.为研究外电场对环境毒物增塑剂类化合物的分子结构和光谱产生的影响, 本文采用密度泛函(density functional theory, DFT) B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同静电场(0–0.020 a.u.)作用下DBP分子的基态几何结构, 在此基础上利用同样的方法计算了DBP分子的电偶极矩、分子总能量和红外(infrared, IR)光谱, 最后利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)在同一基组下研究了不同外电场对DBP分子紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱产生的影响, 并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化剧烈, 电偶极矩增大, 分子总能量减小, 红外光谱吸收峰出现红移或蓝移, 分子的摩尔吸收系数重新分配, 振动斯塔克效应(vibrational stark effect, VSE)明显; 随着外电场的增强, 分子UV-Vis光谱的吸收峰红移显著, 振子强度剧烈下降.     

外场作用下C12H4Cl4O2的分子结构和电子光谱研究

各种环境毒物危害着人类的生产生活,二噁英更是严重危害人类的健康.C₁₂H₄Cl₄O₂（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin,TCDD）是二噁英中毒性最强的化合物,也是目前已知毒性最强的污染物.为研究TCDD外场效应,采用密度泛函理论方法优化了不同静电场0–0.025 a.u.（0–1.2856×10¹⁰ V/m）作用下TCDD分子的基态几何结构,得到了分子总能量;在此基础上,采用含时密度泛函理论方法对TCDD分子的紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱在不同外电场下的变化进行了研究.结果表明：分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子总能量随着外电场的增强而减小;伴随着外电场的增强,分子激发态的摩尔吸收系数逐渐减小,UV-Vis吸收峰显著红移.     

外电场对MMTD分子结构与电子光谱影响的研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311++g(d,p)基组水平上优化了不同外电场下2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑(MMTD)分子的基态稳定构型、电偶极矩、电荷分布和分子的总能量,在此基础上利用杂化CIS方法研究了外电场下MMTD分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度受外电场的影响规律.结果表明:1C-6S和1C-7S间键长受到Y轴向外电场影响最大,随着外电场的增加,可能最先趋于断裂;在外电场强度F=0.010a.u.时总能量达到最大,而偶极矩达到最小;最低空轨道能级LUMO受外场影响较大,而最高占据轨道能级HOMO受外电场影响较小;MMTD分子UV-Vis光谱随外场增加发生红移,且当外电场增大到F=0.020a.u.时,在可见光区域出现吸收峰;激发能、振子强度也受外电场影响,但随电场的变化比较复杂.     

外电场作用下的五氯酚分子结构和电子光谱的研究

为研究外电场对环境毒物氯酚类化合物的分子结构、化学键和电子光谱产生的影响, 本文采用密度泛函(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平上优化并计算了不同外电场(0—0.025 a.u.) 作用下五氯酚分子的基态几何结构、电偶极矩和分子总能量, 在此基础上利用含时密度泛函(TDDFT)在同一基组下研究了五氯酚(pentachlorophenol, PCP)的紫外吸收光谱, 并与文献中给出的苯酚的紫外吸收峰的波长进行了比较, 最后对PCP分子的前10个激发态的波长和振子强度受外电场作用的的影响规律进行了研究. 结果表明, 分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系, 分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加, 而分子总能量随着外电场的增强先增加后减小; PCP的紫外吸收峰相对苯酚出现了红移, 其激发态的振子强度随着电场的增强而减小、紫外吸收峰也出现红移.     

基于密度泛函理论的C_(24)H_(38)O_4分子外场效应研究

各种环境毒物危害着人类的健康,塑化剂更是破坏了食品安全.为研究外电场对塑化剂主要成分之一C_(24)H_(38)O_4(邻苯二甲酸二辛酯,dioctyl phthalate,DOP)的影响,采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同静电场0—0.0125 a.u.(0—6.4278×10~9 V/m)作用下DOP分子的基态几何结构,在此基础上利用同样的方法计算了DOP分子的电偶极矩和分子总能量,最后利用含时密度泛函理论在同一基组下研究了不同外电场对DOP分子紫外-可见(UV-vis)吸收光谱产生的影响,并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明:分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加,而分子总能量随着外电场的增强先增加而后急剧减小;DOP分子激发态的振子强度随着外电场的增强而减小,UV-vis吸收峰显著红移.     

基于密度泛函理论的对二甲苯分子电子光谱的外场效应研究

对二甲苯（PX）是化工领域一种非常重要的原料,被广泛地用于香料、医药、油墨和农药等的生产,因此研究PX分子的电子光谱和外场效应,对于它的检测和降解具有十分重要的意义。为研究外电场作用下,PX分子的紫外-可见（UV-Vis）光谱的变化,采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上,优化了不同外电场（0～0.025 a.u.,0～1.285 6×1010 V·m-1）作用下PX分子的基态几何构型,在此基础上利用含时密度泛函理论（TDDFT）计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱,最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：有波长为189 nm、摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰,处于E₁带,它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的;与苯分子相比,吸收峰出现11 nm的红移：由于两个甲基和苯环形成p-π共轭,苯环的大π键变弱,故PX分子的紫外吸收峰出现红移;当增加了外电场后,最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁需要的能量降低,电子跃迁产生的波长增大,吸收峰出现显著红移,当外电场增大到0.020 a.u.时,红移已经非常明显;外电场的引入,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁的电子数减少,摩尔吸收系数降低,随着外电场的增强,摩尔吸收系数降低明显,尤其在外电场增强到0.020a.u.后,摩尔吸收系数降低非常显著。这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据,也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律.计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同.随着外电场(-0.02 a.u.-0.03 a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向电场的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义.体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反.另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移.     

外电场作用下C_6F_(12)O分子的结构和激发态

采用明尼苏达密度泛函(M06-2X)在6-31G(d)的基组水平上对C_6F_(12)O分子在不同外电场强度(0.000a.u.～0.040a.u.)下进行了计算。分析了不同外电场下基态的分子结构、原子电荷布居、偶极矩、分子总能量。然后利用TD-DFT方法研究了各电场下C_6F_(12)O分子的激发态激发能、波长、振子强度和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)。结果表明分子的基态和激发态性质与外电场呈依赖关系。随着外电场的增强,分子总能量逐渐减小,偶极矩增大。分子的激发态能总体上减小,C_6F_(12)O分子变得容易激发。C_6F_(12)O分子由基态跃迁到激发态光子吸收波长总体增大,且主要集中在紫外区域。激发态的振子强度部分增加部分减少,变化复杂。UV-vis光谱随着外电场的增加,在无外电场时曲线上132 nm和162 nm出现的2处吸收峰均发生红移。     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律。计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同。随着外电场(-0.02a.u.—0.03a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义。体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反。另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移。     

外电场作用下乙酸乙烯酯的分子结构和激发态

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上,计算了乙酸乙烯酯分子在不同外电场(0.000 a.u.~0.030 a.u.)作用下的基态几何结构、电偶极距、电荷分布及分子总能量,然后利用杂化CIS-DFT方法在相同基组下研究了外电场对乙酸乙烯酯分子前8个激发态的激发能、波长和振子强度的影响.结果表明,分子的几何结构、电荷分布与外电场的大小呈现强烈的依赖关系.随着外电场的不断增加,分子的总能量逐渐减小,偶极距逐渐增大,激发能随电场的增加总体上呈减小的趋势,表明在外电场作用下,乙酸乙烯酯分子易于激发,激发态波长随电场的增加总体上呈增大的趋势,且电子跃迁光谱都集中在紫外区.     

强外电场作用下CCl3F物理特性与光谱

运用密度泛函理论在6-311++G（d,p）基组上进行优化并在x轴方向增加电场（F=-0.025~0.025 a.u.）,对CCl₃F分子结构、偶极矩、总能量、电荷分布和能隙、C-Cl键特征吸收峰进行研究.结果表明：随着外场强度的增加,C-Cl键键长逐渐减小,偶极矩先减小后增大,总能量先增大后减小,Cl原子的电荷分布逐渐增大,当F=-0.015 a.u.时,由负电性转变为正电性,达到新的亲核亲电反应作用点.而能隙在没有外加电场时也达到最小值,此时最容易发生电场降解反应.C-Cl键的红外特征吸收峰随着负电场的增强出现蓝移.     

(ZnSe)_(12)在外电场下的基态性质和激发特性研究

以SBKJC为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0-0.030 a.u.)对(ZnSe)_(12)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、最小振动频率的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了(ZnSe)_(12)在外电场下的激发特性,并模拟了紫外-可见光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.030 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量、最小谐振频率和能隙一直减小.外电场对(ZnSe)_(12)的激发特性影响较大,随着电场的增加,紫外-可见光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度不为零的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得很强.可以通过改变外电场来改变(ZnSe)_(12)的基态性质,以及控制(ZnSe)_(12)的吸收和发光特性.     

(ZnSe)_(12)在外电场下的基态性质和激发特性研究

以SBKJC为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0-0.030 a.u.)对(ZnSe)_(12)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、最小振动频率的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了(ZnSe)_(12)在外电场下的激发特性,并模拟了紫外-可见光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.030 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量、最小谐振频率和能隙一直减小.外电场对(ZnSe)_(12)的激发特性影响较大,随着电场的增加,紫外-可见光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度不为零的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得很强.可以通过改变外电场来改变(ZnSe)_(12)的基态性质,以及控制(ZnSe)_(12)的吸收和发光特性.     

外电场下2,2’,5,5’-四氯联苯的分子结构与电子光谱

多氯联苯(PCBs)是难降解有机污染物, 2, 2’, 5, 5’-四氯联苯(PCB52)是PCBs的一种, 研究通过对PCB52分子加外电场的方法来降解该物质. 采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d)基组水平上优化并计算了不同外电场(-0.04–0.04 a.u.)作用下PCB52的基态分子结构参数、分子总能量、电偶极矩和电荷分布. 然后利用含时密度泛函方法研究了PCB52分子在外电场下的前六个激发态的波长、激发能量和振子强度的影响. 结果表明: 随着外电场的增加, 1C–21Cl和14C–20Cl键的键长增大; PCB52的两个苯环在外加电场下, 二面角增大, 分子毒性减弱; PCB52分子能隙减小, 导致分子更容易受激发而跃迁到激发态发生还原脱氯反应. 外电场的增大, 激发态的激发能在迅速减小, 吸收波长也迅速红移, 振子强度不再为零. 表明电场作用下, 分子易于激发和解离. 关键词： 2,2’,5,5’-四氯联苯 电场 基态 激发特性     

外电场下Ti2O4团簇分子的激发与光谱性质研究

采用密度泛函(DFT) B3LYP方法在6-31+G基组水平上优化得到了分子轴方向不同电场作用下,Ti2O4团簇分子的基态稳定构型,电偶极矩μ,分子的总能量等,并且分析了Ti2O4团簇分子从HOMO-2到LUMO+2轨道能量的变化.在优化的构型下,用同样的基组利用CIS-DFT方法计算了外电场下Ti2O4纳米团簇分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度.结果表明,在有外电场的作用下,分子总能量随着外电场的增加不断减小,偶极矩随外电场的增加逐渐增大.其前线轨道的能量也随着外电场的增加逐渐减小.另外,Ti2O4团簇分子的激发能,激发波长和振子强度也受到了外电场的影响.     

外电场作用下N2O分子的结构与光谱特性

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311+g(d)基组水平上研究了不同外电场对直线型分子N₂O的基态结构、偶极矩、轨道能级、红外和拉曼光谱特性的影响,并采用杂化CIS方法研究了N₂O分子在外电场作用下前9个激发态的激发特性.结果表明:外电场导致分子键长变化,但并没有改变分子的直线特征,偶极矩和分子总能量随外电场的增加先减小后增大,而能隙随外电场的增加先增大后减小,外电场的增加使LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)组成由π~*轨道变为σ~*轨道,外电场使红外光谱发生移动,峰的强度增强或减弱.外电场的增加显著影响了N₂O分子的激发特性.激发能、激发波长受外电场影响发生了变化,同时,振子强度受外电场影响明显,禁阻跃迁变为可允许的跃迁,允许的跃迁在电场作用下变为禁阻跃迁或者跃迁变弱.紫外光谱在电场的作用下吸收峰发生了明显的移动,而且有新的吸收峰产生.     

外电场作用下L1OH分子的特性研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同外电场下L1OH分子的基态稳定构型、电偶极矩和分子的总能量,并且分析了L1OH分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化,然后利用杂化CIS方法在6-311G(d,p)的基组下计算了外电场L1OH分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度,结果表明:在没有外电场时,L1OH分子的激发态都能够激发;在有外电场的作用下,总能量随外电场的增加而逐渐减少,偶极矩随外电场的增加而不断增加,前线轨道能量随外电场的增加不断减少,轨道分布受外电场的影响很大;外电场对L1OH分子的激发波长也产生了一定影响.     

硼球烯B_(40)在外电场下的基态性质和光谱特性

以6-31G*为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0—0.060 a.u.)对硼球烯B_(40)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、红外及拉曼光谱特性的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了硼球烯B_(40)在外电场下的电子光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.060 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量和能隙一直减小;外电场的加入将改变红外和拉曼光谱特征,如谐振频率的移动以及红外和拉曼峰的增强或减弱;外电场对硼球烯B_(40)的电子光谱影响较大,当电场从0 a.u.变化到0.060 a.u.时,电子光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度最强的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得最强.可以通过改变外电场来改变B_(40)的基态性质,以及控制B_(40)的光谱特性.     

LiF分子在外电场中的物理性质研究

本文采用量子力学从头算方法,运用密度泛函B3LYP方法在6-311基组水平上, 对不同外加电场(--0.15---0.15a.u.) 作用下LiF分子基态的稳定电子结构进行了计算,研究了外电场对LiF分子键长、能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响规律.结果表明,随着Z方向外电场的增加,分子键长、偶极矩和能隙递增,原子电荷也递增,总能量降低, 频率及其红外强度递减, LiF基态分子势能曲线降低,离解能减小.     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.