给、吸电子基团对芳香共轭体系电子结构影响的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论,在B3LYP／6—31G^＊方法水平上对8个连接有给、吸电子基团的芳香共轭体系的稳定性、偶极矩、静电荷分布和前线轨道能级进行了研究,并采用TD／DFT方法进一步研究了它们的电子光谱．结果表明a-1,b-1,c-1和d-2分子比它们的同分异构体要稳定;对于苯、呋喃、吡咯与乙烯形成的共轭体系,吸电子基团连接在乙烯一端,给电子基团连接在芳香环上使体系的偶极距增强,而吡啶则相反;前线轨道能级差较小的是吸电子基团连接在芳香环一端的体系,相应的分子最大吸收波长也较大．     

密度泛函理论模拟外电场对铁氧体电子结构的影响

通过密度泛函理论(DFT)模拟了3种典型的铁氧体(Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH)受外电场作用下的电子结构，研究了外电场对不同铁氧体电子结构的影响。DFT模拟结果显示：外电场的存在能够有效提高Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH晶体结构的价带位置，从而导致3种铁氧体的带隙出现明显的降低；当外电场强度为0.01 V·nm^-1时，Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH的带隙分别降低了0.36、0.12和0.34 eV；当电场增大至0.1 V·nm^-1时，Fe₂O₃晶体出现击穿现象，Fe—O化学键断裂导致Fe原子的电子沿外电场方向高度离域至相邻Fe原子，而Fe₃O₄和α-FeOOH则仅出现不同价带能级电子局域性增强且能量同质化，因而显示出相对稳定的物理化学结构。此外，外电场的存在可导致3种铁氧体价带电子均出现简并现象，且随电场强度增大而增强。3种铁氧体中，外电场的存在导致Fe₂O₃晶体中Fe原子的电荷密度增大而降低O原子的电荷密度； Fe₃O₄晶体结构中不同配位结构的Fe原子以及配位O原子的Hirshfeld电荷几乎不受外电场的影响； α-FeOOH晶体中共边FeO₆配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较小，而共角FeO₆配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较大，且H原子的电荷在强外电场作用下发生歧化响应。随着外电场强度逐渐增大，Fe₃O₄晶体的电子自旋态密度逐渐增大，而α-FeOOH晶体的电子自旋态密度则显示出降低的规律。     

密度泛函理论模拟外电场对铁氧体电子结构的影响

通过密度泛函理论(DFT)模拟了3种典型的铁氧体(Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH)受外电场作用下的电子结构,研究了外电场对不同铁氧体电子结构的影响。DFT模拟结果显示:外电场的存在能够有效提高Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH晶体结构的价带位置,从而导致3种铁氧体的带隙出现明显的降低;当外电场强度为0.01 V·nm^-1时,Fe₂O₃、Fe₃O₄和α-FeOOH的带隙分别降低了0.36、0.12和0.34 eV;当电场增大至0.1 V·nm^-1时,Fe₂O₃晶体出现击穿现象,Fe—O化学键断裂导致Fe原子的电子沿外电场方向高度离域至相邻Fe原子,而Fe₃O₄和α-FeOOH则仅出现不同...     

CdO及CdxZn1-xO化合物的结构、能量和电子性能分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理的平面波超软赝势计算方法,研究了纤锌矿结构的cdxZn1-xO化合物以及CdO在纤锌矿结构、岩盐结构和闪锌矿结构的基态电子特性和体结构,分析了CdO的稳定性.通过对比纤锌矿结构、岩盐结构和闪锌矿结构CdO的内聚能,发现岩盐结构和纤锌矿结构CdO的稳定性好,闪锌矿结构相对较差;通过对CdxZn1-xO化合物在不同Cd组分下的电子结构计算,得到了较好的禁带宽度拟合结果,能带弯曲参量B=1.02 eV;通过形成能与组分关系的分析,我们认为当Cd的组分x=0.4左右时,CdxZn1-xO化合物最不稳定,容易出现相分离现象.     

具有自由基对特性分子的密度泛函理论研究

用密度泛函理论在B3LYP／6－311＋＋G＊＊水平下研究了9种具有自由基对特性分子，从结构上看，它们由两个游离自由基耦合形成，耦合后原自由基的键长、键角以及振动频率数值改变不大，但这些分子中不再具有未成对电子以及由此产生的其他性质，新形成的共价键的键长一般较长，易于断裂并导致分子分解，初步研究了苯分子硝化反应的初始过程，当进攻试剂为NO2^ 时，反应生成了C6H6－NO2自由基对，当进攻试剂不为NO2^ 时，反应生成了游离自由基。     

十字交叉型π共轭分子3,6-二苯-1,2,4,5-(2',2"-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平下研究了以三联苯和二苯基苯并噁唑构成的十字交叉型共轭分子3,6-二苯基-1,2,4,5-(2',2"-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质. 通过对分子的重组能和晶体中分子间电荷传输积分的计算得到该分子的空穴迁移率为0.31 cm2·V -1·s -1 , 电子迁移率为0.11 cm2/(V·s). 计算结果表明, 空穴的传输主要是通过三联苯方向上两端苯环的"边对面"的相互作用以及分子中心π体系的错位重叠相互作用来实现的. 而电子的传输路径主要是通过苯并噁唑方向的π-π重叠相互作用来实现. 通过分析分子正负离子态的Mulliken电荷发现, 正电荷较多分布在三联苯方向上, 而负电荷较多分布在苯并噁唑方向上. 计算结果表明, 电子和空穴的传输分别在分子相互交叉的不同方向上, 有利于电子和空穴的平衡传输.     

有机-无机杂化化合物[Cu（μ-cbdca）（H2O）]n的电子结构及铁磁性

利用基于密度泛函理论(DVF)的第一性原理的FP_LAPW方法,对以铜离子为磁性中心的化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n(cbdca=cyclobutanedicarboxylate)的电子结构及磁性质进行了计算.对该材料的铁磁性、反铁磁性和非磁性三种状态下的总能量进行了计算.计算结果表明,[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的铁磁态能量最低,该化合物为稳定的铁磁性物质,该结果与实验吻合较好.对原子磁矩的计算结果发现,铜原子对化合物磁性的贡献较大,双齿配体上的氧原子和碳原子的贡献相对较小.     

Nb@C_(36)结构和性能的密度泛函研究

用密度泛函方法,采用GGA/PW91方法对具有D6h对称性的C36及其衍生物Nb@C36进行结构优化和性能计算,探讨Nb@C36稳定构型;存在的可能性及稳定性;以及Nb掺杂对C36结构及性能的影响.结果表明,Nb位于C36主轴上偏离中心0.1 nm时,Nb@C36能量最低,结构最稳定;Nb掺杂引起笼的局部畸变,但Nb@C36仍保持完整笼型结构.Nb@C36稳定性较C36有所提高,具有存在的可能性.Nb原子嵌入C36使其禁带宽度略有减小,导电性及化学反应活性有所提高;费米能级下降,但仍处于禁带之间,二者均属半导体性质的材料.C36结构及性能的变化与Nb所处的位置及Nb与C36笼之间的电子迁移有关.     

十字交叉型π共轭分子3,6-二苯-1,2,4,5-(2′,2″-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平下研究了以三联苯和二苯基苯并噁唑构成的十字交叉型共轭分子3,6-二苯基-1,2,4,5-(2′,2″-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质. 通过对分子的重组能和晶体中分子间电荷传输积分的计算得到该分子的空穴迁移率为0.31 cm²·V^-1·s^-1, 电子迁移率为0.11 cm²/(V·s). 计算结果表明, 空穴的传输主要是通过三联苯方向上两端苯环的“边对面”的相互作用以及分子中心π体系的错位重叠相互作用来实现的. 而电子的传输路径主要是通过苯并噁唑方向的π-π重叠相互作用来实现. 通过分析分子正负离子态的Mulliken电荷发现, 正电荷较多分布在三联苯方向上, 而负电荷较多分布在苯并噁唑方向上. 计算结果表明, 电子和空穴的传输分别在分子相互交叉的不同方向上, 有利于电子和空穴的平衡传输.     

Fe/Cr超晶格的电子结构和磁性质

应用密度泛函全势线性缀加平面波(FLAPW)方法研究了Fem/Crn (m=3, 4; n=1, 3, 4)超晶格的电子结构和磁性质. 结果表明, Fe3/Cr1和Fe3/Cr3体系的基态中, Fe层间存在铁磁耦合; 而Fe4/Cr4体系基态中, 存在反铁磁耦合; Cr层的磁矩方向交替变化, 交界面上的Fe和Cr间存在反铁磁耦合.     

具有D6h对称性的C36碱土金属衍生物电子结构的密度泛函研究

For discussing the influence of Be、Mg、Ca in C₃₆,we have used B3LYP 6-31G^* level method to investigate the equilibrium geometries of Be@C₃₆、Mg@C₃₆ 、Ca@C₃₆,the characteristics of geometric structure and electronic struc ture ar e discussed;In this paper, we also analyse its molecular orbitals and bonding properties.     

锇杂苯的电子结构及芳香性

使用密度泛函理论及片段轨道相互作用分析方法,研究了典型的锇杂苯的电子结构和芳香性.结果表明,锇碳六员环具有较好的环平面性及键的离域性,占据的锇dxz轨道与碳环的3π空轨道之间的反馈π键相互作用,使得环上离域π电子数满足Hückel的4n+2规则,计算的环外质子化学位移、同键反应芳香性稳定化能、绝对硬度和磁化率增量数据均表明锇杂苯具有芳香性.     

具有D~6~h对称性的C~3~6及其衍生物电子结构的密度泛函研究

运用密度泛函方法,比较不同水平的基组(HF/6-311+G^*;B3LYP/6-31G^*;B3LYP/6-311+G^*)对具有D~6~h对称性的C~3~6分子进行构型优化的结果,并分析其几何结构、电子结构、稳定性等性质;采用基组B3LYP/6-31G^*对H@C~3~6,Li@C~3~6,Na@C~3~6,K@C~3~6分子进行构型全优化,分析了不同内嵌原子对其几何结构、电子结构、稳定性等性质的影响;首次在B3LYP/6-311+G^*水平上,对C~3~6H~6,C~3~6H~1~2,X@C~3~6(X=H,Li,Na,K)几何构型及电子结构进行研究并得到其稳定性规律。     

椅型碳纳米管吸附氢原子电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函方法对氢原子在(5,5)椅型碳纳米管上的吸附进行了研究, 分别考察了氢原子覆盖度为5%和10%时的构型和吸附能. 研究结果表明, H原子吸附在管外壁要比管内壁能量上更为有利, 同时第二个H原子倾向于吸附在前一个H原子的吸附位置邻近的碳原子上. 由能带计算结果得知, 吸附一个H原子时, 椅型碳纳米管将由导体转变为半导体; 当第二个H原子处在偶数位时, 纳米管仍保持较好的导电性能, 而吸附在奇数位时将使管的传输能力减弱. 本文进一步通过分析纳米管(共轭体系的分布情况对管传输性质的变化进行解释.     

C_(56)X_(10)(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对C56X10(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结构稳定性计算表明:对于C56X10(X=F,Cl,Br,I),能隙、反应热、最大振动频率和最小振动频率都随着X原子序数的增加而减小,表明C56X10(X=F,Cl,Br,I)的稳定性随着X原子序数的增加而逐渐降低,其中C56F10最为稳定.前人在实验上已成功合成出C56Cl10,因此,我们推测C56F10有望在实验上成功合成.前线轨道计算发现,C56相邻的五边形公共顶点以及两个六边形-五边形-六边形公共顶点是笼子中化学活性最强的部位,有利于卤族元素的外部吸附.此外,计算结果还显示,C56X10(X=F,Cl,Br,I)的电负性随着X原子序数的增大而逐渐减弱,C—X基团的电负性因位置的不同而不同.     

富勒烯C70及Sc3N@C70的密度泛函理论研究

在混合密度泛函B3LYP理论下,用6-31G*基函数对富勒烯C70、它的阴离子及内掺Sc3N富勒烯Sc3N@C70两种同分异构体的几何结构和电子结构进行了研究。计算结果表明,在C70的两种异构体中,满足五元环分离规则(IPR)的C70(D5h)稳定,C70q-(#7854)(q=4,6)比C70q-(D5h)稳定;在Sc3N@C70两种异构体中有三对两两相邻五元环的Sc3N@C70(#7854)稳定,C70(#7854)易于形成富勒烯金属包合物。     

高压相BeO晶体的电子结构和光学性质

应用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,考虑广义梯度近似(GGA)下的交换关联势,模拟计算了高压下纤维锌矿(WZ)、闪锌矿(ZB)和岩盐(RS)结构氧化铍(BeO)晶体的电子结构和光学性质等.计算结果表明,随着压力的增加,同种结构下原子间的键长和电荷转移有所减小,并且价带和导带分别向低能和高能方向移动,禁带展宽.与常压下的BeO相比,随着压力的增加,三种结构的BeO晶体的光学性质有一定的变化,介电函数、吸收系数、折射率以及电子能量损失谱曲线出现更多的精细结构,峰的数量增多;各高压相结构的吸收谱和能量损失谱宽度逐次展宽;吸收系数曲线的吸收峰及其位于低能区域的吸收边以及电子能量损失谱峰的位置均发生一定程度的蓝移.     

接枝羟基对有限长碳纳米管电子结构的影响

基于局域密度泛函理论, 采用第一原理方法, 建立了(5, 5)型和(8, 0)型有限长碳纳米管的原子模型, 并在两个端口接枝1～8个羟基官能团, 先用DMol3中BLYP方法对其结构进行优化, 再利用CASTEP软件计算其电子分布和态密度的变化, 从而讨论羟基官能团对碳纳米管电子结构和电子输运特性的影响. 计算表明, 接枝羟基的碳纳米管的电子结构明显改变, 费米能级上的电子态密度下降, 最高占据轨道上电子的非定域程度减弱, 致使电子输运性能呈下降趋势.     

并五苯分子电荷注入导致自旋极化的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了不带自旋的空穴注入并五苯后体系的自旋相关特性. 电荷注入后并五苯分子中存在自发自旋极化行为. 当注入电荷量达一定程度,分子磁矩随注入电荷量的增加呈线性增长,最大磁矩可达1μB. 注入电荷和并五苯分子的相互作用导致分子体系结构发生变化,同时电荷密度分布及自旋密度分布也发生了变化. 注入电荷先填充自旋劈裂的碳原子pz轨道.     

有机-无机杂化化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的电子结构及铁磁性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的FP_LAPW方法, 对以铜离子为磁性中心的化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n(cbdca=cyclobutanedicarboxylate)的电子结构及磁性质进行了计算. 对该材料的铁磁性、反铁磁性和非磁性三种状态下的总能量进行了计算. 计算结果表明, [Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的铁磁态能量最低, 该化合物为稳定的铁磁性物质, 该结果与实验吻合较好. 对原子磁矩的计算结果发现, 铜原子对化合物磁性的贡献较大, 双齿配体上的氧原子和碳原子的贡献相对较小.