1,4-苯二硫醇分子的表面增强共振拉曼散射的化学增强

利用密度泛函和含时密度泛函理论方法研究了1,4-苯二硫醇分子在两个金团簇之间的表面增强拉曼散射及表面增强共振拉曼散射光谱. 采用对应四种不同形式的电荷转移激发态能量的入射光,计算了表面增强共振拉曼光谱. 结果显示,光谱增强的效果与电荷转移的形式密切相关. 不同的电荷转移形式对增强因子的贡献是有差异的.     

吩噻嗪表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

吩噻嗪是含有N、S的杂环化合物,具有大的离域π键。用Gaussian 09程序,在B3LYP方法下,Ag原子使用LANL2DZ赝式基组,C、H、N、S等原子使用6-31++G(d,p)基组,优化并计算了吩噻嗪和吩噻嗪银配合物(PTH-Ag)的拉曼光谱,并利用GaussianView对PTH分子进行归属,为食品和产品中吩噻嗪残留的定性、定量测定提供理论依据。计算结果说明连接Ag原子越多,增强效果越明显。     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

氟虫氰表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究（英文）

2017年8月初,荷兰发现大范围鸡蛋受杀虫剂氟虫腈污染。用拉曼光谱检测的方法对解决氟虫腈检测问题做了一定的探索。为了获得氟虫腈分子的分子结构振动信息,根据密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函和6-311G++(d,p)基组,对氟虫腈分子进行了几何结构优化和频率计算,得到了该分子的稳定构型和全部振动模式,计算了氟虫腈分子稳定构型的拉曼散射光谱。利用HORIBA公司的T64000型光栅共聚焦显微拉曼光谱仪采集了FP的拉曼光谱并配合使用Ag/Cu纳米基底采集了表面增强拉曼光谱,较强峰出现在211,308,350,867,1323和1432 cm-1处,次强峰出现在254,407,443,463,511,607,646,712,800,1065和1639 cm-1处。结果表明,理论计算得到的振动频率与实验测量值在全部较强峰处和部分次强峰处吻合的较好。并对FP分子200~2000 cm-1区间内各频率谱线对应的振动模式进行了归属指认,6个较强峰依由小到大的次序分别指认为21H-22H蜷曲振动,10F-11F变形振动和21H-22H面外摇摆振动,15N-22H蜷曲振动,6C伸缩振动和21H面内弯曲振动,苯环呼吸振动和9C伸缩振动,7H-8H面内弯曲振动。发现表面增强拉曼光谱相对于拉曼光谱整体有微小的频移,两者整体吻合较好,表面增强拉曼光谱中211,867,1400和1432 cm-1处的峰得到了选择性增强,根据表面增强拉曼光谱的选择定则,解释为相关振动峰的原子与银衬底表面或许为接近垂直的状态,并可能与银表面吸附。下一步计划将氟虫腈混入鸡蛋中,对氟虫腈在鸡蛋中不同浓度情况下进行指认研究。研究结果可为氟虫腈的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中氟虫腈残留的快速检测和在线检测研究。将拉曼光谱作为对传统化学检测方法的补充。     

糠醛分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对糠醛(furfural,FUR)分子进行了几何结构优化,并计算了FUR分子的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱和FUR与Ag原子以及Ag2和Ag4团簇吸附的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。结果表明,理论值与已有的实验值符合得较好,采用FUR-Ag4吸附构型的计算结果比FUR-Ag和FUR-Ag2吸附构型的计算结果更符合已有实验值。最后,通过Gauss View可视化软件,对FUR分子的振动频率进行了更为全面地归属。通过FUR分子SERS与NRS的比较,可得出FUR分子与Ag原子发生了相互作用,且被吸附的糠醛分子的杂五环是与银表面垂直的。     

双酚A拉曼光谱的密度泛函理论计算及表面增强拉曼光谱研究

以密度泛函理论(DFT),RB3LYP/6-311G(d)方法计算得到的双酚A(BPA)分子振动光谱为依据,对BPA分子常规拉曼光谱进行了详细的指认,对其振动模式进行了归属.研究了BPA在金胶体系中的表面增强拉曼光谱,对其吸附方式进行了分析:BPA分子在酸性pH下,分子以=CO-吸附到金溶胶上,-OH键的振动消失,苯环以直立方式垂直于金胶上.     

基于密度泛函的伪麻黄碱拉曼光谱性质研究

研究伪麻黄碱的拉曼光谱和吸附在纳米银基底上的表面增强拉曼光谱(SERS),利用密度泛函理论B3LYP/6-311G++(d, p)方法对伪麻黄碱分子进行了计算,得到了分子构型信息和理论拉曼光谱,用Gaussview软件对分子振动模式进行了全面的归属,在伪麻黄碱的表面增强拉曼光谱中,采用了自组装方法获得了团簇银纳米表面增强基底,实现了很好的增强效应.实验结果表明：伪麻黄碱的拉曼光谱计算结果和实验结果基本一致,理论计算为伪麻黄碱分子振动峰位的归属提供了重要的依据,伪麻黄碱分子与银纳米表面化学吸附,苯环垂直于纳米基底表面,研究结果为伪麻黄碱的拉曼光谱检验分析提供了理论依据,也为苯丙胺类毒品的光谱分析研究提供了参考.     

并五苯分子光谱和激发态的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对并五苯分子做理论研究.在几何结构优化的基础上,对其进行频率分析得到了分子的红外光谱和喇曼光谱,并对谱线中的各峰值做了具体指认,同时也得到了分子的最高占据轨道和最低空轨道能隙为2.17 eV.利用含时密度泛函理论对其激发态计算,得到最低十个跃迁允许的单激发态.对前线分子轨道最高占据轨道和最低空轨道分析得到,C-C原子之间形成离域π键.结果表明：并五苯是一种良好的有机半导体材料,并具有很好的发光性能.     

金属银离子与四氯二苯并对二恶英相互作用及其表面增强拉曼光谱的研究

本文基于DFT方法计算了2,3,7,8-四氯二苯并对二恶英(2,3,7,8-TCDD)结构和振动性质。为了考察分子与金属表面的吸附和相互作用,建立了两种金属银离子与2,3,7,8-TCDD分子的复合体系,计算了它们的分子结构、电子结构和振动性质。基于计算结果详细分析了结构的变化、金属离子与分子中不同原子之间的相互作用;另外,根据不同体系拉曼散射强度的变化,对拉曼强度变化较大的特征振动进行了分析和讨论。文中给出的计算结果可用于指导相应的实验研究。     

对巯基苯胺分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31++-G** (C,H,N,S)/LANL2DZ(Ag)水平上,对对巯基苯胺(p-aminothiophenol,PATP)分子进行了几何结构优化,计算了 PATP的常规拉曼散射(normal Raman scatte...     

基于密度泛函理论对冰毒分子不同构象拉曼光谱的研究

冰毒作为一种新型毒品,近年来泛滥速度不断加快,社会危害日益突出,对相关监管部门带来了严峻的挑战,如何能够提供一种无损、快速、实时与准确的冰毒检测方法具有重要的实际意义和应用价值。拉曼光谱是一种较为符合上述要求的新颖方法,但由于冰毒分子构象上的不同会导致其拉曼光谱存在差异,进而对冰毒现场实时的检测造成影响,甚至产生误判,并对毒品拉曼数据库的建立带来非常大的困难。因此,根据密度泛函理论,采用Becke-3-Lee-Yang-Parr (B3LYP)杂化泛函方法在6-31G基组下分别以冰毒分子?1,?2和?3三个二面角为变量,在0°~360°范围内,以10°为步长做了势能面扫描,取能量的极小值点从而获得12个不同的冰毒分子稳定构象,在此基础上,采用B3LYP方法6-31G++(d,p)基组选取其中4种能量较低的构象做进一步优化以及振动频率的计算,并将最终得到的计算拉曼光谱与实验光谱进行比较,结果表明:构象上的差异使计算得到的冰毒拉曼光谱中746, 837和1 356 cm^-1处的特征峰位置产生了不同程度的偏移,而632, 1 003, 1 180和1 312 cm^-1处的特征峰则基本不受构象影响,因此,在对可疑样品进行识别时上述不受构象影响的特征峰可以作为冰毒主要的特征峰来进行快速匹配,而这种通过关键特征峰进行匹配的方法相比于传统的相关系数匹配算法显然更为快捷;同时在选取的4种能量较低的构象中,由构象Ⅸ计算得到的结果与实验值最为吻合,于是在文中采用该结果并结合各振动频率的势能分布以及相关文献对冰毒实验拉曼特征峰进行了详细的归属。其中, 1 003 cm^-1为冰毒拉曼最强特征峰,归属为苯环的环呼吸振动;837 cm^-1处特征峰归属为NH摇摆振动;此外, 1 180 cm^-1处的特征峰归属为C-N伸缩振动;1 312 cm^-1处则归属为CH2摇摆振动。上述这些研究结果将为今后的毒品检测、毒品拉曼数据库的建立以及药物分子拉曼光谱理论计算研究提供有益的参考。     

不同构型罗丹明分子拉曼光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了罗丹明6G、罗丹明123和罗丹明B分子的拉曼光谱. BP86泛函计算的罗丹明系列分子的阳离子在气相中的拉曼光谱与相应的分子在水溶液中的实验光谱符合很好. 结果显示氯离子以及氢键的引入对罗丹明B分子的拉曼光谱有较明显的影响,该影响可以部分地解释罗丹明B分子在水溶液中和在金表面上拉曼光谱的不同. 精确描述罗丹明分子在金属表面的表面增强拉曼光谱,需要考虑由界面相互作用而导致的变化.     

7-羟基香豆素红外光谱的密度泛函理论研究

红外光谱是化合物结构鉴定的重要信息来源,对天然有机药物的分子结构及其生物活性研究意义重大。而随着理论计算方法更加合理、计算精度不断提高,理论计算在红外光谱模拟、振动模式归属指认等方面优势更加明显,对红外光谱解析等实验研究具有重要参考价值。本研究利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)/B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平对7-羟基香豆素进行了几何结构优化和红外光谱计算,得到稳定结构及全部振动模式。计算结果显示7-羟基香豆素红外光谱吸收峰主要分布于波数3 700～3 500,3 150～3 000,1 750～1 400,1 400～1 000,1 000～50 cm-1几个区域。除波数3 700～3 500,3 150～3 000 cm-1范围内振动相对独立,分别归属为O—H伸缩振动和芳环C—H伸缩振动外,其他几个区域均较为复杂,谱峰不同程度由多个振动模式叠加而成。最后,根据振动模式理论及振动图像分析,对所有振动模式进行了详细指认。并通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了7-羟基香豆素红外光谱主要吸收峰波数理论计算值和实验数据的相关性。结果表明,计算值和实验值基本吻合,相关系数值等于0.998 5,相关性较好;采用密度泛函理论在该基组水平对7-羟基香豆素红外光谱的理论计算较为可靠。     

杀草强分子的拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化;通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式;采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。     

三苯基咔咯金属配合物的振动光谱和DFT计算

对三苯基咔咯金属配合物(MTPC, M=Ni, Cu, Co, Mn)的拉曼和红外光谱进行了实验研究. 用DFT方法计算了其基态几何结构以及红外和拉曼光谱,并基于计算结果对测量到的振动谱带进行了局域坐标归属. 研究发现,由于对称性降低,咔咯金属配合物的振动光谱比卟啉金属配合物更为复杂,若干咔咯骨架振动与苯取代基强烈耦合.考察了拉曼和红外谱带频率变化与咔咯环结构的关系,发现随着环内核尺寸的减小,与C^I_αC^I_α键伸缩振动和C?Cm键伸缩振动相关的拉曼谱带频率增加,其中C^I_αC^I_α伸缩振动的拉曼谱带对环内核尺寸的变化更为敏感且呈良好的线性关系,可以作为反映金属咔咯骨架结构变化的特征谱带.     

钛氧化物结构及其拉曼光谱表征

采用密度泛函理论(DFT),对几种钛的氧化物晶体结构进行了几何构型优化,得到了与X-ray晶体衍射实验结果相一致的结构参数。在优化几何构型基础上进行了分子振动模的分析和计算,钛氧化物均采用数字化基组和局域密度近似,并选择vwn对局域交换相关能量参数化,使用自旋非限制函数。同时,测定了钛的氧化物(TiO, Ti₂O₃,Ti₃O₅,锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂)几种晶体的拉曼光谱,并分别解释了相关的拉曼活性振动模。结果表明：计算的频率与实验结果比较一致,理论计算频率可以指导实验谱图谱峰位置的归属分析。通过钛的一系列氧化物的常温拉曼光谱分析, 得知不同氧化物有不同特征峰,有利于含钛氧化物材料类型的诊断,为沟通结构和性能的相互关系奠定基础。