On the performance of time-dependent density functional theory and polarizable continuum model in the study of aqueous formaldehyde

In this paper Time-Dependent Density Functional Theory (TD-DFT) with Becke's three-parameter hybrid method using the Lee–Yang–Parr correlation functional (B3LYP) in conjunction with different basis sets is applied to calculate the solvatochromic shift on the lowest singlet transition of formaldehyde in vacuum and in solution. Our results, in excellent agreement with solvent excitation energy shift of acetone in water at 298–300 K (no experimental data on formaldehyde in water are available so far) and with previous high level quantum chemical calculations, help in appreciating the potentialities of the combined DFT/PCM approach on aquo-complexes for the study of structural and spectroscopic properties of molecule in solution.     

密度泛函理论研究Gd（H2O）n^3＋（n=8，9）化合物的结构及相对稳定性

用密度泛函理论方法研究了气相和水溶液中Gd（H2O）n^3＋（n=8，9）化合物的结构和相对稳定性，其中水溶剂效应利用极化连续介质方法结合多种溶质空腔模型进行模拟．气相计算得到的化合物结构与实验观察结果一致．计算结果表明，在气相中9配位Gd（H2O）9^3＋比8配位Gd（H2O）8^3＋稳定，而在水溶液中稳定顺序刚好相反，这一结果不依赖于计算中采用的空腔模型种类，而且也与实验结果吻合．最后，通过采用各种空腔模型计算Gd^3＋的水合自由能，并与实验值比较，发现当化合物只包含第一层配位水分子时，UA0、UAHF及UAKS空腔模型最适合研究Gd^3＋在水溶液中的性质．     

丁二酸脱水制备丁二酸酐的微观反应机理研究

丁二酸脱水法是工业生产丁二酸酐的方法之一. 用量子化学密度泛函理论(DFT)对该反应的微观机理进行了详细研究, 得到了该反应的微观过程. 根据计算和分析可知: 丁二酸脱水制备丁二酸酐的微观反应途径为IM1→TS1→IM2→TS2→IM3→TS3→P＋H₂O, 在反应过程中IM3为氢键复合物, 整个反应的速控步为IM3→TS3→P＋H₂O, 其所需活化能为167.17 kJ/mol.     

过氧亚硝酸与苯酚的反应机理理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)研究了过氧亚硝酸分解产生的自由基(•OH和•NO2)与苯酚的反应机理. 在B3LYP/6-311++G(d, p)//B3LYP/6-311G(d, p)水平上对该反应体系的反应物、中间体、过渡态及产物进行了几何构型优化并计算了振动频率和能量. 计算结果表明, 过氧亚硝酸与苯酚的反应生成两种主要产物, 分别为邻羟基苯酚和对羟基苯酚, 这一结论与实验结果一致. 此外在同一计算水平上采用SCRF(PCM)方法计算了溶剂化效应, 结果表明, 极性溶剂可以降低各反应通道的活化能, 有利于反应的进行.     

亚硝基化合物与甲醛的反应机理和溶剂效应的理论研究

采用密度泛函方法B3LYP/6-311++G(d,p)研究了亚硝基苯C₆H₅-NO和2-甲基-2-亚硝基丙烷(CH₃)₃C-NO与甲醛分别在气相和溶剂中的反应机理. 在气相中均找到两条反应通道, 即协同机理和分步机理, 均生成实验产物氧肟酸, 而且分步机理均为优势通道; 除2-甲基-2-亚硝基丙烷的反应没有协同途径外, 在溶剂中反应机理与气相中的类似. 采用导电极化连续介质模型分别研究了在乙腈与水溶液中反应的溶剂化效应, 发现这些溶剂可降低反应的活化能, 但降低的程度比较小, 反应速率变化不大.     

Au4团簇上甲酸分解反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法对Au4团簇上甲酸分解反应的反应机理进行了研究,并考察了Au4团簇的两个催化活性位点。在路径Ⅰ和路径Ⅱ中,HCOOH分解的产物是CO2和H2。在路径Ⅲ和路径Ⅳ中,HCOOH分解的最终产物为CO和H2O。此外,本文研究了CO2、H2和CO、H2O两种产物的相互转化,即路径Ⅴ和路径Ⅵ。研究结果表明,路径Ⅰ和路径Ⅱ的活化自由能垒较低,即在Au4团簇上HCOOH更易分解得到CO2和H2,此外两种产物之间不容易转化。进一步研究发现团簇的大小及CeO2载体对HCOOH分解脱氢路径的活化自由能垒有一定的影响。     

苯甲醛在光催化反应中氧化还原选择性的理论研究

采用密度泛函理论方法在M06-2X/6-311G^*水平上模拟了不同反应条件下, TiO₂对苯甲醛的光催化还原和氧化的反应. 计算结果表明, 苯甲醛的光催化还原和氧化反应均可在常温下发生; 在缺氧但有乙醇存在的条件下, 乙醇分子可与氧化性物质发生反应, 生成醇自由基, 苯甲醛主要发生光催化还原反应生成苯甲醇; 在有氧气但无乙醇存在条件下, 还原性的光生电子被氧气捕获, 避免了苯甲醛被还原, 主要发生光催化氧化反应生成苯甲酸.     

卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯三元化合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯(BODIPY)三元化合物的几何结构、 吸收光谱及二阶非线性光学(NLO)特性进行计算分析. 结果表明, V型化合物的静态第一超极化率(β_tot)大于相应直线型化合物, 且延长共轭链可提高体系的β_tot. 分析体系的电子密度差分图得出, 化合物氧化还原态的电荷转移方式与本征态相比发生了改变, 从而使其二阶NLO性质发生明显变化. 含频第一超极化率计算结果表明, 在一定范围内频率对化合物有较小的色散效应. 因此, 通过延长二维化合物的共轭链及氧化还原反应, 可以有效调控其二阶NLO响应.     

丙酮酸分子结构与振动光谱的密度泛函理论研究

用密度泛函方法BLYP、B3LYP和从头算Hartree-Fock(HF)方法在6-31G*基组水平上对丙酮酸分子的几何结构（甲基的重叠式和交错式两种构象）和振动光谱分别进行了优化和计算,并给出了各种频率所对应的红外强度及拉曼活性,对光谱进行了指认。结果表明：在丙酮酸分子的两种构象中,重叠式比较稳定*B3LYP计算得到的构型参数与实验结果比较一致;在振动频率的计算中,BLYP未标度力场所计算的非CH3伸缩振动基频预测值和实验值的平均绝对偏差为10.4cm-1;而HF标度力场的平均绝对偏差为17.9cm-1。说明两者的结果与实验观测频率比较吻合,但B3LYP的频率计算值偏差（38.3cm-1）较大。根据振动频率的势能分布和红外光谱强度对此分子的振动基频进行了理论归属。