Fe~＋（~6D）催化N_2O和CH_4制取甲醇循环反应的理论探究

本文采用密度泛函理论（DFT）B3LYP与耦合簇（CCSD）方法,研究了气相中四重态和六重态势能面上Fe＋催化N2O和CH4制取甲醇的微观机理.运用分子轨道理论和自然键轨道理论（NBO）对反应势能面进行分析,并通过自旋-轨道耦合（SOC）计算,讨论了势能面的交叉情况和自旋翻转的可能性.对Kozuch提出的能量跨度模型引入系间窜越几率加以修正,使其适用于非绝热两态反应.用修正后的能量跨度模型计算了催化剂的转化频率（TOF）,同时确定了整个反应的决速态.     

HCCO与CH（2∏）双自由基反应微观动力学的理论研究

用量子化学密度泛函理论的UB3LY/6-311 G**方法和高级电子相关的UQCISD(T)／6-311 G**方法研究了HCCO与CH(^2∏)自由基反应的微观机理．采用双水平直接动力学方法IVTST-M和正则变分过渡态理论研究了在l000～2500K温度范围内反应的速率常数．结果表明，HCCO与CH(^2∏)双自由基反应过程中存在3个反应通道。生成产物为C2H2 CO．通道2为主要反应路径，通道1也占一定的比例．在所研究的温度范围内，速率常数计算的变分效果均较小，反应为放热反应．     

气相VO（∑＋）与CH3OH（1^A′）分子自旋禁阻反应C—H，O—H键活化机理的理论研究

采用密度泛函理论（DFT）B3LYP与cCsD方法研究了二重态和四重态势能面自旋禁阻反应VO（∑’）活化cH30H（1^A′）分子c—H,0—H键的微观机理．通过自旋一轨道耦合的计算讨论了势能面交叉点和可能的自旋翻转过程．在MEcP处,四重态和二重态问的旋轨耦合常数为131．14cm^-1．自旋多重度发生改变,从四重态系间穿越到二重态势能面形成中间体2^IM1,导致反应势能面的势垒明显降低．     

Pd催化的配体导向C-H键乙酰化反应的理论研究

Pd催化的配体导向C-H键官能化反应已经成为有机化学中一种重要的合成手段. 我们用B3PW91密度泛函方法研究了Pd催化的配体导向C-H键乙酰化反应中催化剂和底物配合步骤以及C-H键活化步骤中的热力学性质. 研究发现, 具有不同导向基团的反应物之间竞争反应的选择性取决于导向基团与Pd(OAc)₂的配合步骤, 配合反应稳定常数大的较容易生成乙酰化的产物. 另一方面, 反应的选择性与C-H键的活化步骤无关, 并且与导向基团的配位原子的气相碱性、原子上的电荷密度以及最高占据轨道能量都没有相关性.     

Si（NCO）^＋2结构与稳定性的密度泛函理论研究

使用密度泛函（DFT）方法对Si(NCO)^ 2的可能异构体进行了计算研究,在UB3LYP／6－311G（d)理论级别下得到了6种异构体的能量和振动频率,结果表明,以2个NCO基团直接与Si^ 配位形成的异体最为稳定,理论计算得到一个以2个CO分子对称方式吸附于SiN^2 两侧而形成的络合物,这个络合物是否存在需进一步证实,在UB3LYP／6－311g(D) Ez级别下,反应Si^ 2NOC→Si(NCO)^ 2的焓变为－751．94kJ/mol,说明此反应在能量上相当有利。     

[NiCl（Ph2PCH2CH2OH）2Cl·H2O]^＋Cl^-和[Ni（Ph2P（O）CH2CH2OH）4]^2＋[NiCl4]^2-的合成及晶体结构

通过NiCl2.6H2O与双齿配体2-（二苯基膦）乙醇（Ph2PCH2CH2OH）或其氧化物2-（二苯基氧膦）乙醇[Ph2P（O）CH2CH2OH]的反应,制得两种结构新颖的阳离子型镍配合物[NiCl（Ph2PCH2CH2OH）2（H2O）]^＋Cl^-（1）和[Ni（Ph2P（O）CH2CH2OH）4]^2＋[NiCl4]^2-（2）.通过元素分析、31P核磁共振及X射线单晶衍射对配合物1和2的结构进行了表征.配合物1的晶体属单斜晶系,C2/c空间群,中心金属Ni具有六配位八面体几何构型.配合物2属四方晶系,I4（1）/a空间群,中心原子Ni与P＝＝O基团中的O配位形成平面四边形构型.     

多通道反应O(3P)＋CH2F的理论研究

用密度泛函理论研究了氧原子与氟代甲基自由基的反应.反应中出现的所有物种的平衡构型用B3LYP方法在6-311＋＋G（2d, 2p）基组水平上进行了优化，同时对各物种进行了频率分析；在同一理论水平上计算了各反应通道的势能面变化，分析了反应物、中间体、过渡态、产物的振动模式随反应途径的变化关系，阐明了该多通道反应的反应机理.     

Mn(I)催化亚胺和炔烃脱氢偶联反应的机理研究

近年来随着过渡金属催化剂的发展和广泛使用, C—H键的活化成为了有机合成中的一大热点, 尤其是在构建有机化合物C—C键中应用广泛. 作为一种储量较大的廉价催化剂, Mn催化的C—H活化表现出巨大的应用价值和研究潜力. 我们采用密度泛函理论(DFT), 对1,4-二氧六环溶液中Mn活化C—H/N—H键实现[4+2]脱氢环化的反应机理进行了系统的研究. 我们发现该反应的催化循环包括溴负离子辅助的催化剂引发、炔烃的插入、双键迁移成环、β-H消除释放产物异喹啉以及催化脱氢循环的C—H键活化等步骤. 旨在深入理解Mn(I)活化C—H键脱氢气的具体过程, 为更多Mn催化的C—H活化反应提供理论依据.     

O（~1D）与CF_2HCl反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论（DFT）和G3B3方法，对为（~1D）与CF_2HCl的反应 进行了研究，在B3LYP/6-311+G(d)，B3LYP/6-311+G(2df,2pd)和G3B3计算水平上， 优化了反应热能面上各驻点的几何结构，通过内禀反应坐标（IRC）计算和振动分 析，对反应过渡态进行了确认，并确定了反应机理。     

C-H键活化反应的密度泛函理论模拟对简化模型的评估

采用密度泛函理论方法, 模拟了Rh(PPh₃)₃Cl催化的C-H键活化/C-C键偶联反应. 将反应机理分为C-H键活化、 迁移插入和还原消除3个过程进行讨论. 计算结果表明, 势能面的最高点为迁移插入的过渡态, 相对于初始原料的自由能为108.3 kJ/mol. 为了探索简化计算模型对模拟反应机理的影响, 使用2种模型催化剂Rh(PMe₃)₃Cl和Rh(PH₃)₃Cl表征相同的反应过程, 结果表明配体简化模型不合理, 主要是因为PPh₃配体的空间效应和熵效应非常明显.     

O(3P)+O2H——OH+O2反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了O(³P)与O₂H反应生成羟基和氧分子的反应机理.在PW91/6-31+G^*水平上用梯度解析技术全自由度优化上述反应物、产物和反应路径上的中间体及过渡态几何构型,并通过频率振动分析加以确认,计算IRC反应路径及中间体异构化过程,确定了此反应的可能反应通道.结果表明:该反应是多通道多步骤的强放热反应.首先形成顺式或反式O₃H富能中间体,此过程无能垒;然后跨过一个能垒分解成产物OH和O₂.通道IM1→TS1比IM2→TS2克服的能垒要大,反应放热372.822kJ.mol^-1.IM1TS3IM2可相互转化.     

SiO2·(CO)n(n=1～2)结构和属性的理论研究

用密度泛函理论详细地研究了SiO2·(CO)n(n=1～2)的结构和属性.研究表明,SiO2·CO是一个T形的具有C2v对称性的分子,SiO2·(CO)2具有C2对称性的分子;频率计算结果与实验值一致,CO在与SiO2成键过程中,C-O伸缩振动频率有所增加,说明静电势在复合过程中起了重要作用;基组重叠误差(BSSE)修正在计算相互作用能时不可忽视,相互作用能和解离能的计算以及NBO分析表明,SiO2·(CO)2中的SiO2与CO之间的作用相对SiO2·CO来说较弱;SiO2和CO2与CO的成键特点不同,主要是缘于SiO2与CO2的能隙不同.     

CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料,如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源,它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中,非金属原子X(X=H,O,N,S,P,Si,F,Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄,CO₂,H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中,H和Cl对CH₄的作用较大; N、O、F、Cl对CO₂的作用较强; N,Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说,吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此,在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附,进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情,并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

Cu_2O(111)催化水煤气变换反应机理的理论研究

采用密度泛函理论结合周期平板模型方法系统地研究了水煤气变换反应在Cu_2O(111)表面上的反应机理,包括氧化还原机理、羧基机理和甲酸根机理.结果表明,在Cu_2O(111)表面,羧基机理和甲酸根机理均可行,且甲酸根机理更为有利,其最佳反应途径为H_2O~*→H~*+OH~*;CO(g)+H~*+OH~*→trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*→CO_2~*+H_2(g).其中trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*为其决速步,该基元反应的能垒仅为59 kJ·mol~(-1).羧基机理的最优反应路径同样是以H_2O的解离反应开始,随后CO(g)+OH~*→cis-COOH~*→trans-COOH~*→CO_2(g)+H~*,最后产生的两个吸附的H原子先迁移再结合生成H_2,整个反应的控速步骤为H原子的迁移,迁移能垒为96 kJ·mol~(-1).氧化还原机理则由于OH解离需要越过一个很高的能垒(254 vs.187 kJ·mol~(-1))而不可行.     

Synthesis, Crystal Structure, UV-vis and EPR Studies of（ NH3CH2CH2NH2 ） 2.5 [ Mo0.5^（V）W0.5^（VI）O2 （ OC6H4O ） 2]

Cis-dioxo-metal complex ( NH3CH2CH2NH2 ) 2.5 [ Mo0.5^(V)W0.5^(VI)O2 ( OC6H4O ) 2] 1 was obtained by the reaction of tetra-butyl ammonium hexamolybdotungstate with 1, 2-dihydroxybenzene in the mixed solvent of CH3OH, CH3CN and ethylenediamine,and characterized by X-ray diffraction, UV-vis and EPR analysis. Compared with its analogous complexes (NH3CH2CH2NH2)3[Mo^(V)O2(OC6H40)2] 2 and (NH3CH2CH2NH2)2[W^(VI)O2(OC6H4O)2] 3, the results show that tungsten(VI) is less active in redox than molybdenum (VI) and that the change of the valence induced by substitution of W(VI) for Mo(V) in EMO2(OC6H40)2]n- does not influence the coordination geometry of the complex anion in which the metal center exhibits distorted octahedral coordination with cis-dioxo catechol. The responses to EPR of complexes 1 and 2 are active but complex 3 is silent,and the UV-vis spectra exhibited by the three complexes are obvious different because of the different electronic configuration between the central Mo(V) and W(VI) ions in the complexes.It is noteworthy that complexes 1 and 2 have the similar EPR signal to flavoenzyme, suggesting that the three complexes have the same coordination geometry feature with the co-factor of flavoenzyme.     

CH2=CHCl与O(3P)反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论和QCISD(Quadratic configuration interaction calculation)方法,对0(^3P)与CH2CHCl的反应进行了理论研究．在UB3LYP／6—311 G(d,p),UB3LYP／6—31 (3df,3pd)计算水平上,优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,并在UQCISD(T)／6—311 G(2df,2pO)水平上计算了单点能量．为了确证过渡态的真实性,在UB3LYP／6—311 G(3df,3pd)水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析,并确定了反应机理．研究结果表明,反应主要产物为CH2CHO和Cl．     

钒氧阴离子团簇与小分子碳氢化合物反应的实验和理论研究(英文)

为了在分子层次上揭示相关催化反应的机理,人们对过渡金属氧化物团簇与碳氢化合物分子反应进行了大量研究.相比于过渡金属氧化物团簇阳离子,阴离子对一些碳氢化合物的活性弱得多,因此研究还很少.在本工作中,我们通过激光溅射产生钒氧团簇阴离子VxOy-,产生的团簇在接近热碰撞条件下与烷烃(C2H6和C4H10)以及烯烃(C2H4和C3H6)在一个快速流动反应管中进行反应,飞行时间质谱用来检测反应前后的团簇分布.在VxOy-与烷烃的反应中,生成了产物V2O6H-和V4O11H-;在与烯烃的反应中,产生了相应的吸附产物V4O11X-(X=C2H4或C3H6).密度泛函理论计算表明:V2O6-和V4O1-1可以活化烷烃(C2H6和C4H10)的C-H键,也可以与烯烃(C2H4和C3H6)发生3+2环化加成反应形成一个五元环结构(-V-O-C-C-O-),C-H键活化与环加成反应都需经历可以克服的反应能垒.理论计算与实验观测结果相符合.V2O6-和V4O1-1团簇都具有氧原子自由基(O·或O-)的成键特征,活性O-物种也经常出现在钒氧催化剂表面,因而本研究在分子水平上,揭示了表面活性氧物种与碳氢化合物反应的机理.     

O2、CO2和H2O在UN（001）表面化学吸附的密度泛函理论研究

采用广义梯度近似GGA,修正Perdew—Burke—Ernzerhof交换-关联泛函,以及周期性切片模型对O2、CO2和H2O在UN（001）表面的化学吸附行为进行非白旋极化水平的密度泛函理论计算．在四个对称性化学位置条件下,对化学吸附能与分子和UN（001）表面之间距离的关系曲线进行优化．结果表明O2、CO2和H2O分子的最稳定吸附位置分别为桥式平行、空心平行和桥式H向上,化学吸附能分别为14．127、4．421和5．736kJ／mol．从吸附物UN（001）表面角度考虑,O2与UN（001）表面之间的相互作用最高,然后为CO2和H2O,表明这些相互作用与吸附物的晶体结构相关．O2化学吸附导致UN（001）表面的N原子向基体内部迁移,而CO2和H2O化学吸附对UN（001）表面分别具有中等和忽略不计的效应．计算获得的态密度显示了化学吸附分子S、P轨道和U6d、U5f轨道之间的电子电荷转移行为．     

Mechanisms and Kinetics of Radical Reaction of O（^1D,^3P） ＋ HCN System

The reaction of HCN with O（^1D, ^3p） radical has been investigated by density functional theory （DFT） and ab initio methods. The stationary points on the reaction paths （reactants, intermediates and products） were optimized at the （U）B3LYP/aug-cc-pVTZ level. Single-point calculations were performed at the （U）QCISD（T）/aug-cc-pVTZ level for the optimized structures and all the total energies were corrected by zero-point energy. It is shown that there exist three competing mechanisms of oxygen attacking nitrogen O→N, oxygen attacking carbon O→C and oxygen attacking hydrogen O→H. The rate constants were obtained via Eyring transition-state theory in the temperature range of 600～2000 K. The linear relationship between lnk and 1/T was presented. The results show that path 1 is the main reaction channel and the product of NCO ＋ H is predominant.     

Superoxide Complex [W4O12（O2^-）]： A Theoretical Study

Extensive DFT calculations are performed to optimize the geometric structures of O-rich tungsten oxide clusters, to simulate the PES spectra, and to analyze the chemical bonding. The ground-state structure of W4O14^- is best considered as W4O12（O2^-）, containing a side-on bound superoxide ligand. The current study indicates that the extra electron in W4O12^- is capable of activating dioxygen by non-dissociative electron transfer （W 5d → O2 π^＊）, and the anionic clusters can be viewed as models for reduced defect sites on tungsten oxide surfaces for the chemisorption of O2.