离子速度成像方法研究溴代环己烷的紫外光解动力学

利用二维离子速度成像方法对C6H11Br分子在234 nm附近的光解动力学行为进行了研究. 通过(2+1)共振增强多光子电离探测了光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2), 得到它们的相对量子产率. 从光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2)的速度图像得到了能量和角度分布. 结果表明, Br*原子主要来自于S1态的直接解离, 而Br则绝大部分是从S2态向T3态的系间交叉跃迁得到, 并导致了两种解离通道能量分布的差别. 实验发现C6H11Br分子解离过程中大部分能量都转化为内能, 但与其它长链溴代烷烃分子相比, 可资用能更多地被分配到平动能中, 结合软反冲模型分析了这种能量分配跟环烷基的构象和稳定性的关系.     

铑(Ⅰ)催化烯烃碳酰化反应机理:手性聚稠环过程的对映选择性

采用密度泛函理论方法研究了[Rh(R,R-DIOP)]+[DIOP=(1R,2R)-1,2-O-异丙叉-1,2-二醚氧基-1,2-双(二苯基磷基)乙烷]催化下苯并环丁酮手性聚稠环过程在气相、四氢乙呋喃(THF)及水中的反应机理.计算结果表明,在气相中反应容易进行,经TS2形成六元环的过程为决速步骤,但产物无明显的对映选择性.在THF中,S-和R-通道的C—C键活化能垒仅由79.5和69.3 kJ/mol提高到80.2和88.8 kJ/mol,未改变反应的实质;Rh与2个C原子的配位明显弱于气相,相对于催化剂和反应物自由能之和,S-和R-通道的反应总能垒分别提高到63.8和68.1 kJ/mol.对于S-通道,溶剂THF使经TS2的能垒升至112.0 kJ/mol,仍为整个过程的决速步骤;然而对R-通道,溶剂使经TS1形成五元环过程的能垒升至91.5 kJ/mol,但使经TS2的能垒由78.9 kJ/mol降至77.7 kJ/mol,IM1→TS1成为决速步骤.在以水为溶剂时,经TS1形成五元环的过程成为2个通道的决速步骤,其在S-和R-通道中的能垒分别为102.5和94.9 kJ/mol.因此,溶剂改变了反应的决速步骤及能垒.3种方法均预测R-通道为主反应路径,但THF能明显增加产物的对映选择性.采用自然键轨道(NBO)电荷分析了反应过程中电荷的变化.     

从头算分子动力学研究O-与CH_3F反应的产物通道

在B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平下采用基于波恩-奥本海默近似的从头算分子动力学方法重新研究了O-与CH3F反应经抽氢生成OH-和生成H2O的两条产物通道.反应轨线从反应初始过渡态开始,采用300K时的热取样确定初始条件,同时为对比不同的初始碰撞平动能条件下产物通道的变化,分别限定过渡矢量上的能量为2.1、36.8及62.8kJ·mol-1进行轨线计算,所有轨线计算的结果表明抽氢生成OH-的过程始终为主要的产物通道.我们的计算不仅进一步证实了以往实验的结论,而且描绘了抽氢生成OH-和生成H2O这两个产物通道在反应出口势能面上的动态反应路径,更为深刻地揭示了该反应的微观机理.     

氧原子与羟亚甲基自由基反应机理的理论研究

用量子化学从头计算法对氧原子与羟亚甲基自由基在最低双重态势能面上的反应进行了研究,计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。计算采用G2(MP2)理论方法。计算结果表明,反应首先形成中间体OCH_2OH,而后经不同过渡态解离为H_2CO+OH或H+HCOOH。由中间体形成甲醛和甲酸的过渡态的能量分别比反应物低202.5和355.3kJ/mol,计算得到2个反应通道的反应热分别为-314.1和-402.9kJ/mol,与实验结果(-307和-398kJ/mol)符合很好。根据能量数据可以预言形成甲酸的通道将是主要的反应通道。     

(H_2O)_n(n=0～2)催化HS和HOCl反应机理的理论研究

在CCSD(T)/6-311+G(3df,2p)//M06-2X/6-311+G(3df,2p)水平上研究了(H_2O)n(n=0~2)催化HS和HOCl的反应机理.结果表明,HS与HOCl反应中HS夺取HOCl上的H原子形成产物H_2S和ClO.在无水催化时,该反应存在2种不同的路径(分别经过过渡态TS1和TS2,二者互为顺反结构),对应的能垒分别为100.28和100.91kJ/mol,到达产物(H_2S+ClO)需吸收18.99kJ/mol能量,反应不易发生;在单个水分子参与时,水分子可通过形成弱相互作用或者作为H原子转移桥梁影响反应机理,获得了4种水催化路径,能垒(间于53.97~92.39kJ/mol之间)均低于无水催化过程.同时发现,在反应到达产物前,水分子可以与产物形成中间体IM,IM相对能仅为0.46kJ/mol,有利于产物形成;有2个水分子参与反应时,找到了3条催化路径,最优反应路径过渡态TS7的能垒为45.05kJ/mol,低于无水催化过程,相比单个水分子最优路径能垒(53.97kJ/mol)并无显著降低.     

RRKM理论研究N(4S)+CH2X(X=F,Cl)的反应通道

采用RRKM理论和疏松过渡态模型计算了N(4S)+CH2X(X=F,Cl)反应的微正则速率常数和通道分支比.计算结果表明,在较低的内能下(E=280.29 kJ/mol), N(4S)+CH2F的主要产物为NCHF+H,占总产物的59.2%,次要产物为H2CN+F,占37.4%.而N(4S)+CH2Cl反应在E＝267.78 kJ/mol时,主要产物是H2CN+Cl,占90.3%, NCHCl+H只占9.0%.在内能较高的时候(取E=500.00 kJ/mol), N(4S)+CH2F的主要通道并未变化,而N(4S)+CH2Cl的主要通道变为NCHCl+H,比例为51.5%, H2CN+Cl的比例降到40.4%.     

二氟亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛发生的环加成反应机理,采用MP2/6-31G^*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量.结果表明,单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛的环加成反应主要有两种反应通道,通道1中,两个反应物经a,b和c三条反应途径生成三元环构型的产物P1,其中途径c是主反应途径,该途径有两步组成:(Ⅰ)二氟亚烷基卡宾与甲醛生成了1个富能中间体(INT1c),是无势垒放热反应,放出能量为219.18kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1c)异构化为产物二氟亚烷基环氧乙烷,其势垒为134.71kJ/mol.通道2的反应途径由三步组成:(Ⅰ)反应物首先生成了1个富能中间体(INT1b),为无势垒的放热反应,放出的能量142.77kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1b)异构化成另一中间体(INT2),其势垒为22.31kJ/mol;(Ⅲ)中间体(INT2)异构化成四元环构型产物P2,其势垒为11.98kJ/mol.     

O-乙酰基-吡喃木糖热解反应机理的理论研究

为了从微观上理解半纤维素热解过程及其主要产物的形成演变机理,采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对O-乙酰基-吡喃木糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。在热解过程中,O-乙酰基-吡喃木糖中的O-乙酰基首先脱出,形成乙酸和中间体IM₁,该步反应能垒为269.4 kJ/mol。IM₁进一步发生开环反应形成IM₂,开环反应能垒较低,为181.8 kJ/mol。对中间体IM₂设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的热力学和动力学参数。计算结果表明,反应路径(4)和反应路径(2)是O-乙酰基-吡喃木糖热解的主要反应通道,乙酸、乙醛、乙醇醛、丙酮、CO、CO₂、CH₄等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。     

四氯化硅催化氢化合成三氯氢硅机理研究

针对四氯化硅催化氢化过程采用第一性原理机理对其进行模拟研究,结果表明:没有催化剂时,SiCl4与H2反应能垒为464.45 kJ/mol,反应能量为74.94 kJ/mol,与热力学计算结果 71.85 kJ/mol一致.负载在HZSM-5分子筛上的氯化钡可催化四氯化硅氢化反应,其最具催化活性表面为(111)面;H2在BaCl2(111)面上表现排斥性;SiCl4表现为吸附性,可在BaCl2(111)表面稳定吸附并生成.SiCl3自由基,过程吸附能为448.33 kJ/mol;在催化剂BaCl2存在条件下,SiCl4与H2反应为自由基反应,反应步骤能垒为400.23 kJ/mol;氢化过程能垒降为184.97kJ/mol;催化氢化反应过程所需能量为64.20 kJ/mol.催化氢化过程反应条件相对无催化剂过程更为温和.     

OH+C_2H_2N←C_2H_3+NO→OH+C_2H_2N反应机理的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论研究了反应通道(a)C2H3+NO→CH3+NCO和(b)C2H3+NO→OH+C2H2N的反应机理.在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应物、中间体、过滤态、产物的几何构型,通过频率分析确定了11个中间体和10个过渡态.所有的反应物、中间体、过渡态、产物都在CCSD/6-311++G(d,p)水平上进行了单点能较正.并讨论了反应的异构化过程.计算结果表明10是能量最低的中间体,比反应物的能量低308 479kJ/mol;过渡态1/3,2/5,3/4,4/8比反应物的能量高,其中3/4是能量最高的过渡态,比反应物的能量高91 894kJ/mol.通道(a)和(b)的理论放热值分别为111 059和96 619kJ/mol.     

过渡金属离子与烷烃反应机理的理论研究: 镍离子与丙烷反应 中甲烷的还原消 除机理

用量子化学方法在B3LYP/6-311++g(3df,3pd)水平上研究了Ni^+与C3H8的反应,获得了[Ni,C3,H8]^+基态(双重态)势能面上CH4还原消除的详细机理。结果表明：该势能面上CH4消除反应经历两个基元步骤：Ni^+首先通过C—C活化过渡态形成插入型中间体,然后分别过不同的H-转移鞍点异构化为产物型中间体,并继而解离生成CH4,这些结果与以前从实验推测的反应机理明显不同。计算表明：对于该势面能上的甲烷消除反应,能量最有利的反应通道是Ni^+C3H8→Ni(C2H4)^++CH4,计算的反应热为127.85kJ/mol,与实验结果(106.13kJ/mol)符合较好。     

F原子与瞬态自由基CH_2SH反应的理论研究

用量子化学从头算和密度泛函理论（DFT）对F原子与自由基CH_2SH在势能面上 的反应进行了研究。在B3LYP/6-311G水平上计算出了各物种的优化构型、振动频率 和零点振动能(ZPVE);各物种的总能量由B3LYP/6-311 + G(2df, pd)//B3LYP/6- 311G计算,另外对反应物和产物还计算了其G3能量。结果表明：首先F通过与C或S 结合的两种途径与CH_2SH相配位,再通过H（4）原子转移形成甲基,然后甲基再旋 转,甲基中H（4）原子最终与F结合,反应产物为HF和CH_2S。反应为放热反应,分 别为ΔH_r = -370.7 kJ/mol (DFT)和-396.94 kJ/mol (G3)。此外依据计算出的反 应热,可得自由基·CH_2SH的生成热Δ_fH°_(298.15) = 146.44 kJ/mol (DFT), 而Δ_fH°_0 = 167.36 kJ/mol (G3)。它们与以前的实验和理论值是一致的。     

氧负离子自由基与乙烯反应机理的计算研究

在G3MP2B3理论水平下研究了氧负离子自由基(O^－)与乙烯(C₂H₄)的反应机理. 计算结果表明, O^－与C₂H₄经碰撞快速复合形成离子诱导偶极络合物中间体, 然后经历异构化、解离生成各种产物, 分别对应分子离子异构解离与复合电子剥离反应通道. 通过比较各个反应途径上势垒的相对高度, 发现主要产物通道为复合电子剥离通道, 相应的中性产物主要为c-C₂H₄O; 而分子离子解离通道的通道分支比较小, 其中生成水反应通道相应的阴离子产物主要是CH₂＝C^－. 当前的计算证实了以往实验观察的结论.     

N2O在焦炭表面异相生成和分解机理的密度泛函理论研究

选用合理简化的焦炭模型,对煤焦燃烧过程中N₂O的异相生成和分解机理进行了分子水平上的研究。采用UB3LYP/6-31G(d)密度泛函理论方法优化得到了反应路径上反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型和各中间反应的活化能和反应焓变。NO与其预先吸附在焦炭表面解离生成的表面氮组分反应生成N₂O的路径有两个,需要克服的势垒分别为69.3kJ/mol和200.0kJ/mol;NO亦可直接与焦炭中的吡啶氮结合释放出N₂O,该反应路径所需克服的最大势垒为418.0kJ/mol。N₂O可在焦炭表面分解释放出N₂,异相分解反应为一步反应,计算所得活化能为100.8kJ/mol。N₂O的异相生成和异相分解反应均为放热反应。采用经典过渡态理论计算得到了各路径中速率控制步骤的反应速率常数。低温条件下,N₂O的异相分解反应速率略低于其异相生成速率,随着温度的升高,两者逐渐接近,说明高温条件有利于N₂O的异相分解。     

平动能对激光诱导气-固表面蚀刻反应的增强效应

本文采用超声分子束和时间分辨质谱技术研究了入射分子平动能对激光诱导气-固表面反应的增强效应. 对于由可见激光(56 nm)诱导的Cl_2与Ge(111)、Si(111)和GaAS(100)表面蚀刻反应, 研究发现提高Cl_2分子的入射平功能将明显地增加反应产率, 而且都存在一个入射平动能的反应阈值, 其数值为5～7 kJ·mol~(-1). 此外, 从反应产物的飞行时间谱测得入射分子平动能对产物平动温度的影响. 这些结果可以通过平动能促进Cl_2分子在表面上解离化学吸附过程来解释。     

C-甲基硝酮与丙烯腈1,3-偶极环加成反应从头算研究

用从头算方法在MP2 / 6 31G(d)水平上研究了C 甲基硝酮与丙烯腈 1,3 偶极环加成反应 ,该反应可生成endo 4,exo 4,endo 5 ,exo 5四种不同的产物 ,反应势垒分别为 8.35、17.2 3、-0 .18和 4.88kJ/mol。在C 甲基硝酮与丙烯腈接近的过程中 ,首先生成 3个不同的氢键复合物 ,相对能量为 -4 7.8、-4 6 .6和 -33 .7kJ/mol。由这 3个不同的氢键复合物导致了 4个不同的过渡态而形成 4个不同的产物     

呋喃分子多光子电离解离过程的反应通道

1引言呋喃分子在450nm附近的多光子电离实验中[1]，质谱中观察不到母体离子C4H4O＋，主要碎片离子的相对丰度C＋＞C2＋＝CHO＋＝C3H3＋．这些离子的选质量光谱研究表明它们是呋喃分子先吸收3＋1个光子电离为母体离子C4H4O＋，然后C4H4O＋再进一步吸收光子逐步解离产生．陕哺离子的初级解离过程已比较清楚[2－4]，吹响离子能量在1～5eV之间解离通道是：这三个平行解离反应可用RRKM理论来描述[4]．但是陕哺离子在高能量下的解离反应，特别是次级解离过程还不清楚，因此无法确定MPIF实验中观察到小离子碎片产生的机理，为此本文在速…     

Ab initio方法研究CH~3+OClO反应的可能通道

利用abinitio方法研究了CH~3+OClO反应的三个可能通道,首次应用UMP2(full)/6-31G(d,p)方法得到各反应物、产物、中间物及过渡态的优化构型和谐振频率;然后采用G2MP2理论计算各通道反应焓变和势垒高度。理论计算表明产物通道CH~2O+HOCl是最可能发生的途径,反应放热为443.80kJ·mol^-^1。可能的反应过程为：CH~3和OClO自由基先经无垒过程生成了一个富能中间物,继而通过较低的势垒解离成HOCl+H~2CO。     

HNCO+OH——NH~2+CO~2反应理论研究

用从头算UHF/6-31G基组研究了异氰酸和羟基生成氨基和二氧化碳即HNCO+OH--NH~2+CO~2的反应机理.优化得到了反应途径上的过渡态和中间体,并通过振动分析对过渡态和中间体进行了确认.在UMP4/6-31G水平上计算了它们的能量,同时对零点能进行了较正.计算结果表明:此反应是多步反应,先后通过3个过渡态(TS1,TS2,TS3),2个内旋转位垒(TSI,TSII),4个中间体(IM1,IM2,IM3,IM4),其中,IM3--TS2这一步为整个反应的决速步骤,速控步的活化能为202.388kJ/mol.与异氰酸和羟基作用的另一反应通道(即HNCO+OH--H~2O+NCO)的活化能(69.038kJ/mol)比较,可看出所研究反应通道为次要反应通道,这与实验结果是一致的。     

邻溴甲苯在234和267 nm的光解动力学

利用离子速度影像技术结合共振增强多光子电离(REMPI)技术, 研究了邻溴甲苯在234和267 nm激光作用下的光解机理. 平动能分布表明, 基态Br(2P3/2)和自旋轨道激发态Br*(2P1/2)产生于两个解离通道: 快通道和慢通道. 快通道的各向异性参数在234 nm分别为1.15(Br)和0.55(Br*), 在267 nm分别为0.90(Br)和0.60(Br*). 慢通道的各向异性参数在234 nm分别为0.12(Br)和0.14(Br*), 在267 nm分别为0.11(Br)和0.10(Br*). 源自于慢通道的Br和Br*碎片的各向异性弱于快通道. Br(2P3/2)的相对量子产率Φ(Br)在234 nm为0.67, 在267 nm为0.70. 邻溴甲苯在234 和267 nm光解主要产生基态产物Br(2P3/2). 快通道产生于(π, π*)束缚单重态被激发, 随后通过排斥性(n, σ*)态的预解离. 慢通道各向异性参数接近零, 由此证实慢通道来源于单重激发态内转换到高振动基态而引发的热解离.