LCAO中轨道对称性匹配的两种判别方法

著名分子轨道理论的核心内容是,组成MO的AO必须满足三条原则即对称性一致原则,最大重叠原则和能量相近原则.在这三条原则中,对称性一致原则是首要的,它决定着AO是否能组合成MO.因此在应用LCAO-MO理论处理问题时,首先要判别相组合的AO对称性是否一致.目前文献[1～5]中,均提出了用对称轴和对称面判别组合轨道的对称性是否一致,但都没有给出完善的判别方法.因此对此问题很有必要进一步研究,以期得到更好的结果.本文在研究LCAO-MO三原则新推证方法[6]的基础上,提出了对称面和对称轴各自独立判据两接近AO的对称性是否一致的理论公式,又通过分析得出了完整的判别方法.该法简便实用,并对常见的s、p、d、f等AO的组合进行了判据,结果无一例外.     

“同号重叠”不是对称性匹配的正确判据

从群论角度出发,讨论了对称性概念、分类以及原子轨道对称性匹配的确切含义,并指出了“同号重叠”作为对称性匹配判据的不合理性。     

对称性轨道的构造

提出1种以配体轨道的旋转性质为基础,并利用群生成元表示矩阵来构造对称性轨道的新方法。讨论了对称性系数之间的相互关系,同时给出群重迭积分的计算过程。     

定域分子轨道对称性

提出了利用定域分子轨道重心确定分子轨道的对称性。确定了线型的、非线型的、环状的分子定域分子轨道对称性。结果表明非线型分子和其中双中心键具有相同对称性,但含孤对或三中心键的分子则存在一些差别。还讨论了定域分子轨道的特征。     

LCAO-MO的对称性匹配原则

对称性匹配原则是LCAO-MO的基本原则。一般从AO或MO的中心对称性出发,或仅根据一两个对称操作做出判断,显然是不妥的。也有的用含键轴的全部对称操作逐个地进行考察,无疑是正确的,但过于繁琐。本文从两AO的重叠积分和LCAO的一般原则出发,提供一个简明而严格的判据,并进一步从理论和算法上讨论、计算了匹配的可能重叠数。关     

直键与弯键的对称性判据

一穹键的提出人们认为,杂化轨道(HAO)角函数的最大值方向(亦即HAO的方向)指向与之键合的原子,这样形成的化学键称为“直键”。但环丙烷分子中的三个碳原子构成三元环,有60°的键角。而任意两个正交的S-P杂化轨道之间的夹角θ都不可能小于90°,因而形成C-C键的HAO,不可能指向键合原子,环上的C-C键不可能是直键,而是“弯键”(BentBond)。通常,人们认为张力分子环上的键是弯键,其他的键为直键。     

反键分子轨道与对称性关系

根据群论，阐述了对称性匹配的原子轨道不仅可以组成成键分子轨道，同样可组成反键分子轨道，否定了反键分子轨道是由对称性不匹配原子轨道组合的观点     

分子轨道对称性守恒原理简介

分子轨道对称性守恒原理是化学理论中的一个重大成就。这个原理说明了分子轨道的对称性质对化学反应进行难易程度及产物构型的决定作用,使人们对反应动力学和反应机理的认识深入到了物质微观结构的一个新层次。对于这个原理,已有专论作过广泛的论述。这里只对其基本思想作一简单介绍。概述从理论观点研究化学键合现象的主要方法有价键法,分子轨道法和配位场法。在这些方法中,分子轨道法已被证明最能适合化学工作者、特别是有机化学工作者需要。但是,多年来,这个方法只被用来研究     

正二十面体分子对称性轨道

本文应用多面体分子轨道理论中的群重叠法,讨论正多面体分子对称性轨道的一般造法和变换系数S的计算方法。以正二十面体分子为例,构造了三角组分系的对称性轨道,并把S—系数计算结果列于附表。     

络合物的电子传递反应及其轨道对称性规则

络合物的电子传递反应(Electron Transfer Reaction)(以下简称ET反应)是近年来人们普遍关心和研究较多的一个课题。H.Taube学派对溶液中过渡金属络合物的ET反应机理作了富有开拓性的研究,提出了两种已为人们     

轨道对称性匹配:MXene基体上的单原子催化以实现优异的氮还原反应

氨作为一种可被植物直接吸收用以合成其他有机物的重要成分,在化学化工及含氮化合物的生产当中起着至关重要的作用.传统工业生产氨气采用Haber-Bosch工艺,将空气中丰富的氮气转化为氨气,但该工艺需要较高的压强和温度来促进氮气分解,因此会消耗大量能源.近年来,电催化反应发展迅速.在电催化工艺中,通过控制操作电位及电解质便可提高生产效率,降低能源消耗.基于这种策略,各种针对能源环境的催化研究应运而生,如二氧化碳还原、水分解反应等.其中,对于氮还原的催化研究尤其是电催化设计领域研究相对较少.研究发现,在电催化剂中,异构掺杂及原子尺度的调控可以极大地影响催化剂的催化活性.其中,单原子催化(SAC)因其在催化活性和催化选择性上的优势受到广泛关注.MXene是一种二维过渡金属碳化物或氮化物,其优异的化学性能和稳定的表面构型可以对单原子起到良好的锚定与支撑作用,是一种更具潜力的单原子催化基体.本文基于上述思想,利用密度泛函第一性原理等模拟软件,设计并研究了以MXene为基体的28种过渡金属单原子催化体系,计算并分析了各SAC@MXene体系对氮还原反应的催化效果,从限制电势、催化路径、反应机制等方面探索了其催化性能.并对体系进行了态密度、晶体轨道哈密顿量、差分电荷密度等电子结构分析,找到了适用于MXene体系的单原子催化设计原则.通过对限制电势的计算表明,Ni@MXene和Co@MXene体系具有很低的限制电势(-0.13和-0.17 V),说明这些体系在较低的启动电压下即可发生氮还原反应.研究发现了一种新型适用于SAC@MXene氮催化体系的酶促-远端反应机制.电子结构分析得到SAC原子与MXene基体的Ti原子在催化过程中存在一种协同作用.态密度及晶体轨道哈密顿量也显示出SAC原子与MXene基体Ti之间的一种轨道对称性匹配关系,揭示了这种协同作用对催化反应的积极作用.计算的氢析出反应(HER)结果也显示,在相同化学环境下,SAC@MXene体系氮还原反应相对于氢析出反应更易发生.     

构造立方体群对称性轨道的一种方法

在配合物结构化学教学中,人们常常遇到求配体对称性匹配轨道的问题。经典的方法有投影算子法和生成轨道法,前者在高对称性情况下计算繁杂;后者则首先要确定假想的中心原子轨道的对称化并研究其旋转性质。我们这里提出构造配体对称性轨道的一种方法,既不需要涉及对群元素的求和,也不必考虑与中心原子轨道对称性匹配。它具有简单、直观的     

最大重迭对称性分子轨道模型的理论与发展

本文是作者近年来研究的最大重迭对称性分子轨道(MOSMO)模型的基本理论思想、方法和特点及其发展的一个概要性综述。     

对称性匹配调控水平单壁碳纳米管阵列手性

<正>缩减芯片尺寸、提高芯片性能是推动计算机行业发展数十年的摩尔定律正确性的关键体现。按照摩尔定律所述,新的芯片制造技术每两年就会升级,它已经帮助实现了将计算机送到我们的桌子上、口袋里以及手腕上。但在电子元件向原子尺度缩小的过程中,却面临着严峻的工程挑战,致使硅基摩尔定律最终失效~([1])。在当今后硅时代的众多材料中,碳纳米管是一类独特的狄     

分子轨道对称性表示法及其在周环反应中的应用

本文介绍一种简明的分子轨道对称性表示法。用这种方法可以很好地阐明周环反应的反应规律。     

分子轨道成键性质及原子间化学键强度的成键能判据

本文定义了成键能Eb并用作分子轨道成键性质和分子中原子间化学键强度的判据。与Mulliken重叠布居Pb不同, 在成键能Eb中同时包含了原子轨道间的重叠因素和原子轨道的能量因素。对一些分子所作计算结果表明, 成键能判据较Mulliken重叠布居判据所得结论与实验更相符。     

生命系统的对称性破缺——选择定则、灵敏度和手性匹配

本文报道了具有一般非线性生物化学反应的球形反应扩散系统的空间对称性破缺与系统的临界本征态的内秉宇称之间的相互关系,并讨论了生物化学系统的对称性破缺中微环境效应、选择定则、灵敏度和系统与环境间的手性匹配问题。     

前过渡金属四核原子簇簇骼对称性变化的分子轨道理论研究

本文用半经验分子轨道理论方法计算了前过渡金属四核原子簇的T_d、C_(2v)、D_(4b)、D_(2h)等簇骼对称性的化合物。在表示对称性变化的Walsh图上,适当地确定HOMOLUMO分界线而得到的簇核电子(CCE)数能说明多数具有上述对称性的前过渡金属四核簇合物结构特征及其二级Jahn-Teller畸变。比较了各类配体的作用。     

同面异面环加成中分子轨道的对称性和简并性

本文论述了[2_s+n_a]有C_2对称性, 而m>2的[m_s+n_a]由HMO模型得到的分子轨道的特殊对称性是过分简化造成的。这种简化可认为是把m_s组分的碳骨架看成直线, 因而可安排成C_2对称性。按照分子轨道的特殊对称性容易构成相关图。本文还论证了[m_s+m_a]全部分子轨道的二重简并性。     

芳香性的判据

苯型化合物具有特殊的热稳定性,它们的环上易发生亲电取代反应,难发生加成反应,在结构上,C—C键长介于单、双键之间,在核磁共振光谱上表现出较大的化学位移(δ值),人们把这种特性称之为芳香性。随着量子力学在化学中的应用,进一步从结构上揭开了芳香性的秘密。现在我们知道,在芳香烃分子中的芳环上,每个碳原子各以sp~2杂化轨道相互交盖连