噻吩在Au_(13)和Pt_(13)团簇上加氢脱硫的反应机理比较

采用密度泛函理论研究了噻吩在立方正八面体的M_(13)(M=Au、Pt)团簇上的吸附和加氢脱硫行为。结果表明,噻吩以环吸附于Au_(13)上的Hol-tri位或Pt_(13)上的Hol-quadr位时最稳定,且Pt_(13)上的吸附稳定性更高。在M_(13)催化体系中,按间接加氢脱硫机理,反应可能依顺式加氢的方式进行;其中,C-S键断裂开环所需的活化能最高,是反应的限速步骤;按直接加氢脱硫机理,HS加氢所需活化能最高,是反应的限速步骤。同时该机理总体所需活化能较间接加氢脱硫机理更低,是更为合理的脱硫机理。噻吩加氢脱硫过程中,Au_(13)体系为放热反应,而Pt_(13)体系为吸热反应,并且Au_(13)体系加氢所需活化能更低;因此,Au_(13)更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行。     

PH_3配体在团簇Au_(20)的顶点和面心配位的DFT理论研究

采用DFT方法研究了在团簇Au20的顶端位点和面心位点配位PH3分子时的几何结构、电子结构以及Au-P的成键机理和能量分析.在两种配位方式下,配体PH3对团簇的几何结构影响都表现为强烈的局域形变效应.不同的配位方式下PH3与团簇的轨道作用方式不同,所形成的团簇化合物电子组态不同.两种配位方式下Au-P成键能的区别主要是来自于配体与团簇之间的Pauli排斥的不同,在面心配位时配体与团簇之间更大的Pauli排斥作用导致了该配位方式的不稳定.     

Au_(19)Pt团簇性质及对肉桂醛选择性加氢机理研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Pt掺杂的Au_(19)Pt团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出Au_(19)Pt-V团簇比Au_(19)Pt-S和Au_(19)Pt-E团簇的化学活性更强,而热力学稳定性更低.通过分析吸附能和电荷布居,讨论了肉桂醛(CAL)在3类Au_(19)Pt团簇上的9种吸附构型.计算结果表明,当CAL以C C双键平行吸附于Au_(19)Pt-V团簇的Pt原子上时,其吸附能最大,CAL向团簇转移电子数最多,吸附模型最稳定.在最稳定吸附模型基础上探究了CAL选择性加氢的3类反应(1,2-加成反应、3,4-加成反应和1,4-加成反应)的6条可能机理,通过基元反应的过渡态搜索,由反应热、反应能垒和构型的变化得到,CAL分子在Au_(19)Pt-V团簇上最有可能通过3,4-加成反应中的机理C进行,即活泼H原子优先与C3原子成键形成中间体MS3,另一个H原子与中间体加成形成C4—H键,再经过过渡态TS34而形成最终产物苯丙醛(HCAL).     

正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.     

CO在M55（M=Cu,Ag,Au）团簇上吸附的密度泛函研究

在全电子相对论BVP86/DNP水平下对CO在Au55,Ag55和Cu55团簇上的吸附进行了比较研究,并考察了电荷对吸附的影响.计算结果表明,CO在Au55团簇上吸附能最大,其次为Cu55团簇,最弱的为Ag55团簇.团簇电荷对C—O键活化和CO与团簇表面原子成键影响较小.金团簇的电荷对吸附能影响较大,而银和铜团簇的电荷对吸附能影响较小.CO吸附到团簇上导致团簇上电子向CO转移.C—O键活化强度与吸附位置密切相关,其中孔位吸附导致C—O键活化程度最大,最弱的为顶位吸附.CO在金团簇上吸附具有较好选择性,而在银和铜团簇上吸附无选择性.     

Au_n团簇催化水煤气变换反应机理的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Au10、Au13和Au20三类团簇的稳定性和对水煤气变换(WGSR)反应的催化活性,考察了各物质在Aun团簇上的吸附行为和微观反应机理。结果表明,三类Aun团簇的稳定性顺序为Au10Au13Au20,而Aun团簇中电子离域性及吸附能力大小趋势为Au13Au10Au20。在三类Aun团簇上,水煤气变换反应的控速步骤均为H2O的解离,但其反应机理路径有所不同。Au10团簇上为羧基机理,COOH*中间体直接解离;Au13团簇上为氧化还原机理,两个OH*发生歧化反应;Au20团簇上为羧基机理,COOH*和OH*发生歧化反应。通过对三类团簇上的最佳反应路径进行比较发现,Au13团簇在低温下具有较好的催化活性。     

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。     

金镍六原子团簇吸附CO的密度泛函研究

在UBP86/LAN2DZ水平上计算了金镍二元团簇(AunNi6-n,n=0～6)吸附CO的稳定构型和相关性质.计算结果表明,AunNi6-nCO团簇的最低能量结构是在AunNi6-n团簇最低能量结构或亚稳态结构基础上吸附CO分子而形成.优化结构中C-O键长表明,吸附后的CO没有解离,即CO分子在AunNi6-n团簇表...     

第一性原理模拟氢气分子在氧化硅团簇上的吸附

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似(GGA)分析了H2分子吸附在氧化硅团簇上的几何结构、电子性质以及吸附能.结果发现:H2分子与Si3O4团簇相互作用时,H2分子被分解,游离的H原子优先吸附在末端Si原子上,表明Si3O4团簇体系对氢气的存储主要依赖于末端存在悬挂键的Si原子,接着H2分子才以分子的形式以较小吸附能吸附在Si3O4H4团簇上.氢气分子主要引起与其邻近的原子电荷的重新分布.该团簇体系的红外、拉曼光谱图有效地鉴定了H2分子的吸附状态,为理论上确定团簇的稳定结构和实验上对观测结果的分析提供有力的途径.     

A Periodic Density Functional Study on Adsorption Properties of Methoxy on Au（111） Surface

1INTRODUCTION Methoxy(CH3O)has been identified as the first intermediate in the decomposition of methanol on extensive list of clean transition metal surfaces,such as Ni(100)[1],Cu(100)[2,3],Cu(111)[4],Ag(111)[5],Au(110)[6],Pd(111)[7]and Ru(0001)[8].The electronic structure of the metal is a determining factor in OH bond scission.In fact,group IB clean surfaces have shown very low activity towards this reaction,al-though there are reports on low amounts of methoxy formed on clean Cu(…     

Density functional study of carbon monoxide adsorption on small cationic,neutral, and anionic aluminum nitride clusters

CO adsorption on small cationic, neutral, and anionic (AlN)_n (n = 1–6) clusters has been investigated using density functional theory in the generalized gradient approximation. Among various possible CO adsorption sites, an N on‐top (onefold coordinated) site is found to be the most favorable one, irrespective of the charge state of the clusters. The adsorption energies of CO on the anionic (AlN)_nCO (n = 2–4) clusters are greater than those on the neutral and cationic complexes. The adsorption energies on the cationic and neutral complexes reflect the odd–even oscillations, and the adsorption energies of CO on the cationic (AlN)_nCO (n = 5, 6) clusters are greater than those on the neutral and anionic complexes. The adsorption energies for the different charge states decrease with increasing cluster size. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2007     

Cu单原子修饰对Fe(111)表面CO吸附性能及电子性质调变的第一性原理研究

采用密度泛函理论方法研究了Cu单原子修饰对Fe(111)表面CO吸附性能和电子性质的调变作用,其中,Cu单原子修饰研究了吸附和取代两种方式。结果表明,CO在Cu修饰的Fe(111)面吸附能力都会变弱,一是Cu原子自身提供的位点对CO的吸附较弱;二是Cu会使其附近的Fe对CO的吸附变弱。分析电子性质表明,Cu作用于Fe表面后,会导致Cu附近Fe原子部分电子向Cu原子转移,进而削弱了Fe与吸附分子间电子交互作用而改变Fe原子的吸附能力。故Cu原子改性Fe表面可以很好地调变CO的吸附、解离及后续反应催化活性,这为进一步探究Cu改性Fe表面的合成气催化反应机理提供了基础信息。     

金催化CO氧化湿度增强效应的理论研究

实验发现纳米金催化的CO氧化有良好的湿度增强效应,但有关机制仍不清楚.我们应用密度泛函理论研究了湿度增强效应的微观机制,以Au4团簇为例,研究了金催化CO氧化的微观机理,考察了H2O在反应中的角色和作用.计算结果表明,H2O与Au4团簇一样,在反应中扮演催化剂的角色,参与反应的进行、改变反应历程、降低反应能垒.催化循环包含4个基元步骤：O2＋H2O→OOH＋OH,CO＋OOH→CO2＋OH,CO＋OH→COOH,和COOH＋OH→CO2＋H2O,其中自由基OOH和OH的形成是催化循环的速控步骤,其能垒为100.31kJ/mol,明显低于非水参与反应的能垒（161.41kJ/mol）.目前的结果合理地解释了实验观测的CO催化氧化的湿度增强效应,给出了其微观反应机制.     

Catalytic Activities of Au6, , and Clusters for CO oxidation: A density functional study

We have studied the CO oxidation over neutral, anionic, and cationic gold hexamer clusters using density functional theory which elucidates the effect of cluster charge state on the catalytic activity. Herein, we have considered the conventional bimolecular Langmuir–Hinshelwood mechanism with coadsorbed CO and O₂ at the neighboring sites in all the clusters. Among the three clusters, entails lower barriers during the various steps of the oxidation mechanism. The stability of all the species including the transition states with respect to the interacting species in indicates no thermal activation. Our study suggests better catalytic activity of as compared to the neutral and cationic counterparts. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.     

碘和氧修饰银(110)表面对甲醇吸附的影响: 密度 泛函理论的计算研究

用密度泛函理论(DFT)的B3-LYP方法和原子簇模型研究了碘和修饰银(110)表面对甲醇吸附的影响。结果表明,甲醇分子在干净的银表面吸附很弱甚至不吸附,但在氧或碘修饰过的银表面上,由于预吸附导致吸附能的增加而变得容易吸附。并进一步采用目前较新的映像电荷模型计算验证了在甲醇部分氧化制甲醛反应中氧或碘对银催化剂表面修饰的本质是电荷修饰这一推论,为实验中如何筛选修饰提供了良好的判据。     

甲氧基在Rh(111)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,以原子簇Rh13(9,4)为模拟表面,在6-31G(d,p)与Lanl2dz基组水平上,对甲氧基在Rh(111)表面的四种吸附位置(fcc、hcp、top、bridge)的吸附模型进行了几何优化、能量计算、Mulliken电荷布局分析以及前线轨道的计算。结果表明,当甲氧基通过氧与金属表面相互作用时,在bridge位的吸附能最大,吸附体系最稳定,在top位转移的电子数最多;吸附于Rh(111)面的过程中C—O键被活化,C—O键的振动频率发生红移。     

S2BrH的构型及其异构化反应的理论研究

由于在合成化学、大气化学和环境保护中的重要性，过硫化物XSSX(X=H，CH3，F，Cl等)被广泛研究。本文采用量子化学的密度泛函方法(DFT)，对S2BrH可能存在的2种构型的几何结构、相对稳定性以及可能的分子内原子迁移过程进行研究，探讨分叉型异构体SSBrH存在的可能性。     

Comparative DFT study of N2 and no adsorption on vanadium clusters Vn (n = 2–13)

Using gradient‐corrected density functional theory, we have comparatively studied the adsorption properties of diatomic molecules N₂ and NO on vanadium clusters up to 13 atoms. Spontaneous dissociation is found for N₂ adsorbing on V_n with n = 4–6, 12, and for NO with n = 3–12, respectively, whereas for the rest of the clusters, N₂ (NO) molecularly adsorbs on the cluster for all the possible sites. The incoming N₂ retains the magnetism of V_n except for V₂ and V₆ whose moments are quenched from 2 μ_B to zero. Consequently, the moments of V_nN₂ (n = 2–13) show even/odd oscillation between 0 and 1 μ_B. On the adsorption of NO, the magnetic moments of V_n with closed electronic shell are raised to 1 μ_B at n = 4, 8, and 10, and 3 μ_B at n = 12, whereas for open shell clusters, their magnetic moments increase for n = 5 and 9 and decrease for n = 2, 3, 5–7, 11, and 13 by 1 μ_B. These findings are rationalized by combinatory analysis from several aspects, for example, the geometry and stability of bare clusters, charge transfer induced by the adsorption, feature of frontier orbitals, and spin density distribution. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.