特定位点上CO2与(TiO2)n团簇相互作用的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论系统地研究了(TiO₂)_n团簇上二氧化碳(CO₂)的吸附和活化性质. 计算结果表明,CO₂更倾向于吸附在(TiO₂)_n团簇的桥氧原子上,形成“化学吸附”碳酸盐络合物. 而CO更倾向于吸附到末端Ti-O的Ti原子上. 发现计算得到的碳酸盐振动频率值与实验获得的结果非常吻合,这表明配合物中CO₂的几何构型与其线性型相比,有微小的弯转. 通过对电子结构、电荷密度、电离势、HOMO-LUMO以及态密度的分析,证实了CO₂与团簇之间的电荷转移以及相互作用. 从预测的能量分布图来看,(TiO₂)_n团簇上的CO₂活化与结构密切有关,相比于块体的TiO₂,CO₂在团簇结构上更易于吸附和活化.     

H+CH3D→H2+CH2D反应的十维量子动力学研究

本文采用最近发展的十维含时波包方法研究了H+CH₃D→H₂+CH₂D反应的模式选择性,计算了反应物CH₃D在基态、CH₃对称和不对称伸缩振动激发态、CD伸缩振动激发态以及CH₃弯曲模式的基频和倍频激发态等6个初始状态下的反应几率. 计算结果表明,在碰撞能0.0∽1.0 eV区间内,激发CH₃的任意一种伸缩振动模都能增强反应活性,而CD伸缩振动激发对反应的促进作用不明显. CH₃弯曲振动模的基频激发对促进反应活性几乎没有影响,由于CH₃对称伸缩振动模的基频与CH₃弯曲振动模倍频之间的费米共振作用,CH₃弯曲振动模的倍频激发显著增强了反应活性.     

三明治结构Tan(B3N3H6)n+1 团簇的磁性和量子输运性质

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 本文对小尺寸团簇Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1 (n ≤ 4)的磁性和量子输运性质进行了系统的研究. 计算结果表明, 此类体系采用三明治结构作为其基态并且具有较高的稳定性. 体系的磁矩随团簇尺寸的增大而线性增大. 当把Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1团簇耦合到Au电极上时, 形成的Au-Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1-Au体系在有限偏压下展示出了较强的自旋过滤能力, 因而可以被看做是一类新型的低维自旋过滤器.     

Density Functional Theory Study on Electronic and Magnetic Properties of Mn-doped (MgO)n (n=2～10) Clusters

利用密度泛函理论方法优化了纯的和M_n原子掺杂的(MgO)_n (n=2～10)团簇的几何结构. 在Mn原子掺杂的氧化镁结构中, 获得了一系列的同分异构体和与之相对应的总能量.MnMg_n-1O_n(n=2～10)的几何构型显示Mn原子优先取代低配位的Mg原子. 结构稳定性分析表明,除了(MgO)₁₀团簇外,其它纯的和掺杂结构的平均结合能均随着团簇的增大而增强. MnMg_n-1O_n团簇的二阶能量差结果表明MnMg₅O₆和MnMg₈O₉比相邻的团簇表现出更高的相对稳定性. 除了MnMgO₂团簇的磁矩为3.00 μB外,其它掺杂结构的磁矩均为5 μB左右. 它们的磁性主要受电荷转移大小、原子在结构中的位置以及结构尺寸所影响.     

全维高精度势能面上F+CH3OH反应的产物振动态分布

甲醇与氟原子之间的抽氢反应可以生成HF和CH₃O、CH₂OH自由基等产物. 该反应在环境化学、燃烧化学、辐射化学和星际化学中都非常重要. 基于之前构建的全维高精度势能面,本文采用准经典轨线方法研究了该典型反应的动力学. 特别是使用正则模式分析方法确定了多原子产物CH₃O和CH₂OH的振动态分布. 研究发现,当反应物处于振转基态时,CH₃O和CH₂OH主要分布在基态. 当反应物CH₃OH的OH伸缩模式激发为第一激发态时,产物CH₂OH的OH伸缩模式、扭转模式、H₂CO 面外弯曲模式及其组合会被有效激发. 在两条通道中,可用能量大部分都流入HF的振动能和产物的平动能,而自由基产物CH₃O或CH₂OH只得到非常少的能量,与实验结果一致,这也表明了自由基的旁观者性质.     

B12N12纳米笼：潜在的二氧化氮检测传感器

利用密度泛函理论通过计算吸附能量、HOMO/LUMO能隙变化、电荷转移、结构扭曲等研究二氧化氮分子在B12N12纳米笼的吸附．此外,通过计算B₁₂N₁₂的电子结合能、Gibbs自由能、态密度和分子表面的静电势研究其稳定性和其它特性．B₁₂N₁₂纳米笼吸附二氧化氮显示三种构型．B₁₂N₁₂团簇的HOMO/LUMO能隙变化对二氧化氮分子的存在非常敏感,从自由团簇的6.84 eV降为NO₂/团簇稳定团簇的3.23 eV．团簇的导电性被极大地提高,表明B₁₂N₁₂纳米簇可能是潜在的二氧化氮气体分子检测传感器.     

用神经网络方法拟合的反应体系H+CH4→H2+CH3的一个全域势能 (cited:12)

利用神经网络方法,基于47783个高精度从头算能量点构建了反应体系H+CH₄→H₂+CH₃的一个全域势能面．通过大量的准经典轨线以及量子散射计算测试了势能面的收敛性质．这个势能面对于拟合过程以及从头算点的数目都已经完全收敛,拟合误差很小且比Shepard插值的势能面计算速度更快,代表了此标志性多原子反应体系最好的势能面．     

内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

[Co(CO2)n]+团簇的红外解离光谱实验和理论研究

本文利用红外光解离光谱研究了一价钴阳离子与二氧化碳之间的相互作用. 通过密度泛函理论计算得到[Co(CO₂)_n]⁺团簇的几何结构,并且模拟了它们的振动光谱与实验数值进行比较. 研究结果表明,在[Co(CO₂)_n]⁺(n=2∽6)团簇中,钴阳离子通过电四极矩静电作用以端点结合的方式与二氧化碳中的氧原子结合在一起. 团簇的红外光谱都集中在二氧化碳反对称伸缩的波数附近,并且随着团簇尺寸的变化出现蓝移,最后把[Co(CO₂)_n]⁺的红外光解离光谱与稀有气体贴附的[Co(CO₂)_n]⁺-Ar的红外光解离光谱进行了比较.     

钇覆盖Si@Al12团簇的贮氢性能

利用密度泛函理论系统地研究了Y_mSi@Al₁₂ (m=1—3)团簇及其贮氢性质. 结果表明, 在所研究的尺度范围内, 钇原子未在Si@Al₁₂团簇上团聚; 每个钇原子按18电子规则吸附氢分子, 其中Y₃Si@Al₁₂团簇可以吸附16个完整氢分子, 贮氢质量分数为5.0 %, 平均吸附能处于0.324—0.527 eV之间, 较为理想的吸附能说明在室温条件下吸氢和脱氢是可行的.     

CALCULATIONS OF STRETCHING VIBRATIONAL ENERGY LEVELS OF THE CH3I MOLECULE BY A NONLINEAR MODEL

A nonlinear model, i.e. the quantized discrete self-trapping equation, is applied to calculate the highly excited CH stretching vibrational energy levels of the CH₃I molecule in the liquid phase at the electronic ground state up to n=8. The obtained results agree well with the experimental data and with those obtained from local mode model calculations. We note that the dominant feature of the methyl CH stretching vibrational energy levels of the CH₃I molecule is a pattern of local mode pairs. When n≥7, all the vibrational energy of the CH₃ group can nearly be localized on a single CH bond.     

A Theoretical Study of ãA2 CH2

The potential energy surface and dipole moment surfaces of the ã⁴A₂ electronic state of CH₂⁺ are calculated ab initio using an augmented correlation-consistent polarized valence quadruple-ζ (aug-cc-pVQZ) basis set, with the incorporation of dynamical correlation using the coupled cluster method with single and double excitations and perturbatively connected triple excitations [CCSD(T)]. We use these surfaces in the MORBID program system to calculate rotation and rotation-vibration term values for ã-state CH₂⁺, CD⁺₂, and CHD⁺ and to simulate the rotation and rotation-vibration absorption spectrum of CH₂⁺ in the ã⁴A₂ electronic state. Our work is motivated by studies of CH₂⁺ that use the Coulomb explosion imaging technique and by the goal of predicting spectra that may be obtained from discharge sources. Although the ã state is the lowest-lying excited state above the X?/Ã ground state pair, it turns out to be relatively high-lying, and we determine that T_e(ã)=30447.5 cm⁻¹. The equilibrium bond angle for ã-state CH₂⁺ is only 77.1°; as a result the asymmetric top κ value is close to 0, and the molecule is equally far from the oblate and prolate symmetric top limits in this electronic state.     

Methanol laser lines from torsionally excited co stretch states, and from OH-bend, CH3-rock, and CH3-deformation states

Using a quasi-CW CO₂ oscillator-amplifier combination with peak power 300 Watt, we have generated FIR laser emission in weak absorption bands of CH₃OH. 40 new lines are reported, and their wavelengths are measured with a relative accuracy of 5×10^–5. A total of 72 lines are assigned. 34 of these involve torsional n=1, 2, and 3 states of the CO stretch and the vibrational ground state. The remaining lines are associated with the CH₃-rock, OH-bend, and CH₃-deformation modes. The latter are located 1460 cm^–1 above the ground state, and are pumped by simultaneous vibrational excitation and torsional deexcitation.     

掺CH4的SiCOH低介电常数薄膜结构与介电性能研究

以十甲基环五硅氧烷和甲烷作为反应气体，采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-C VD)方法制备了k = 2.45，485℃下的热稳定性优良的SiCOH低介电常数薄膜.通过薄膜结构的 FTIR谱分析，比较了十甲基环五硅氧烷(D5)液态源和不同甲烷流量下制备的薄膜的键结构差 异，发现在沉积过程中甲烷含量的增大，一方面有利于D5源环结构的保留，另一方面有利于 薄膜中形成高密度的CH_n基团.高密度碳氢大分子基团的存在降低了薄膜密度， 结合薄膜中形成的本构孔隙、低极化率Si—C键以及—OH键减少的共同作用，导致薄膜介电 常数的降低. 关键词： 低介电常数 SiCOH薄膜 碳氢掺杂     

Submillimeterwave spectrum of CH2PH and equilibrium structures of CH2PH and CH2NH

The rotational spectrum of phosphaethene (CH₂PH) was reinvestigated. One hundred and nineteen new lines were measured in the submillimeter range from 500 to 650 GHz. The determination of the centrifugal distortion constants is significantly improved. As the molecule is close to symmetric prolate top, both reduction A and S were compared. The equilibrium structure has been derived from experimental ground state rotational constants and ab initio rovibrational interaction parameters. This semi-experimental structure is in excellent agreement with the ab initio structure calculated at the CCSD(T) level of theory using a basis set of quintuple-zeta quality and a core correlation correction. The structure of CH₂PH was compared to that of CH₂NH which was also determined for this goal. It is found that the semi-experimental structure of CH₂NH is less accurate than the ab initio structure. It is also found that the methylene group is much more asymmetric in CH₂NH than in CH₂PH.     

CH4 dissociation on Ni surfaces: Density functional theory study

CH₄ dissociation on Ni surfaces, which is important in CH₄ reforming reactions, was discussed by using density functional theory. It was found that the CH_x species were changed to anions after chemisorption. The site preference of CH_x (x = 0-3) species on Ni(1 1 1), Ni(1 0 0) and Ni(1 1 0) was located on the basis of the computed chemisorption energies. Ni(1 0 0) is the most preferred surface for CH₄ dissociation, compared to Ni(1 1 0) and the widely investigated Ni(1 1 1).     

(HMgN3)n(n=1–5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G^*水平上对叠氮化合物(HMgN₃)_n(n=1–5)团簇各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究. 结果表明:HMgN₃团簇最稳定结构为直线型;(HMgN₃)_n(n=2,5)团簇最稳定结构为叠氮基中N原子和金属原子相连构成Mg–N–Mg结构;(HMgN₃)_n(n=3,4)团簇最稳定结构为叠氮基与Mg原子相互链接形成的环状结构. 团簇最稳定结构中金属Mg原子均显示正电性,H原子均显示负电性,叠氮基中间的N原子显示正电性、两端的N原子显示负电性,且与Mg原子直接作用的N原子负电性更强. Mg–N键和Mg–H键为典型的离子键,叠氮基内N原子之间是共价键. 团簇最稳定结构的红外光谱分为三部分,其最强振动峰均位于2258–2347 cm^-1,振动模式为叠氮基中N–N键的反对称伸缩振动. 叠氮基在团簇和晶体中结构不变,始终以直线型存在. 稳定性分析显示,(HMgN₃)₃团簇相对于其他团簇更为稳定. 关键词： 3)_n(n=1–5)团簇')" href="#">(HMgN₃)_n(n=1–5)团簇 叠氮基 密度泛函理论 结构与性质     

小型二氧化钛团簇(TiO2)n (n=2-8)的低能异构体研究

钛和氧之间存在多种成键方式,但迄今为止,二氧化钛团簇均只有少数几种异构体被报道. 与广泛使用的全局优化方法不同,本工作通过优化大量的随机初始结构,获得(TiO₂)_n (n=2-8)团簇稳定异构体. 首先利用PM6半经验方法对高达一万个以上的初始结构进行初步的优化筛选,并对筛选出的结构进行进一步的DFT计算以获得二氧化钛团簇的稳定异构体. 利用这种策略,发现了大量未经报道的稳定异构体,并提出了(TiO₂)₅和(TiO₂)₈新的最稳定异构体. 这些结构中包括含3个末端氧原子的异构体、含5配位氧原子和6配位钛原子的异构体等未经报道的新结构类型. 与丰富成键特征相对应,发现异构体数目随团簇尺寸的增大而急剧增加,对于(TiO₂)₇和(TiO₂)₈,能量在30 kcal/mol以内的异构体都在50个以上. 该工作发现了大量的二氧化钛小型团簇异构体,并凸显了其多样的结构特征,增进了对二氧化钛纳米团簇的结构、成键的理解,并为进一步的理论模拟、力场优化等提供了理论基础.     

三甲基镓在Pd(111)表面吸附解离及表面预吸附H和O的影响

利用X-射线光电子能谱（XPS）和程序升温脱附谱（TPD）研究了三甲基镓在Pd（111）表面的吸附和解离行为,并考察了表面预吸附H和O的影响。结果表明,在吸附温度为140 K时,三甲基镓在Pd（111）上主要为解离吸附,此时表面物种为Ga（CH₃）_x （x=1,2,3）和CH_x物种。加热将导致Ga的甲基化合物中的Ga-C键发生分步断裂,在不同温度下产生CH₄和H₂从表面脱附。同时,XPS结果证实了在275~325 K的温度区间内存在Ga甲基化合物的分子脱附。退火至更高温度,表面只观察到积碳和金属Ga物种,这二者随着温度的继续升高逐渐向体相扩散。在Pd（111）表面预吸附O和H对上述吸附和解离行为存在显著的影响。当表面预吸附H时,脱附产物CH₄和H₂的脱附主要位于315 K,可归属为一甲基镓的解离脱附。当表面预吸附O时,只在258 K观察到CH₄和H₂的脱附峰,可能来自于Pd-O-Ga（CH₃）₂吸附结构的解离.     

CH4-Ne体系的三维从头算势能面与光谱的模拟

本文在从头算CCSD(T)/AVXZ(X=T,Q)水平上计算了CH₄-Ne体系的三维势能面,同时在基组中加入了键函数,并且将基组外推到完全基组极限水平. 通过最小二乘法拟合摩斯长程势能函数形式,获得了三维分析势能面,其中对664个从头算格点的拟合的标准偏差仅为0.042 cm^-1. 随后,采用径向离散变量表象和角度有限基组表象相结合的杂化基函数方法,并基于Lanzcos迭代的方法获得了CH₄-Ne体系的振转能级,所预测的红外光谱与实验值非常吻合. 本文首次给出了CH₄-Ne体系的微波光谱数据. CH₄-Ne体系三维摩斯长程势能面分析的表达式为今后CH₄在Ne团簇动力学性质以及其碰撞诱导吸收光谱的研究中奠定了基础.