具有Cn对称性的大分子的能带结构研究 1: 计算方法

利用环间和环内Bloch函数建立了一组新的原子轨道基函数。首次设计了适用于一维具有旋转对称性的大环分子的能带程序。计算了酞菁、四氮卟吩、四苯并卟啉, 四苯基卟啉的能带结构, 较好地解释了卟啉类化合物导电性能不如酞菁类的事实。还计算了酞菁铜和酞菁锰的能带结构, 讨论了酞菁与酞菁简化模型的能带结构以及晶体轨道的差异。     

相反电荷取代的卟啉和酞菁化合物分子沉积膜

利用分子沉积技术成功地制备了多种卟啉 /卟啉、酞菁 /酞菁、卟啉 /酞菁化合物的分子沉积膜 (MD膜 ) .运用紫外 可见吸收光谱跟踪了MD膜的交替沉积过程 ,说明这类MD膜具有很好的层状均匀成膜的特点 .并且用膜天平 (QCM)技术和偏振紫外 可见吸收光谱技术对膜的结构进行了表征 .结果表明 ,卟啉和酞菁大环在MD膜中具有一定的取向 ,卟啉大环与基片法线的平均取向为 38℃ ,而酞菁大环为32℃ .     

一维酞菁化合物能带结构研究

本文用EHMO紧束缚带方法研究了一维酞菁配合物MPc和MPcL的能带结构。计算结果表明, 酞菁环氧化后电导率增加不仅是因为产生了部分充满带, 而且能带结构发生了显著变化。MPc配合物导电机理与金属原子有关, Fe、Mn、Pt等能通过d~z~2带导电; Ni、Cu等则不能。讨论了堆积方式和层间距对MPc以及桥基对MPcL能带的影响。并用近似方法计算了非理想堆积的能带结构。     

硅锗酞菁聚合物的电子结构

在自洽场晶体轨道法全略微分重叠(SCFCNDO/2－CO)水平上对氧桥和硫桥一维链硅锗酞菁聚合物的能带结构和电子特性进行了研究,探讨了堆积酞菁环间交错角以及中心原子和桥原子的变化对电子特性的影响.计算结果表明,除前线带宽外,交错角变化对所研究的聚酞菁电子特性影响不大.晶体轨道分析表明,氧桥聚酞菁电荷载流子主要通过垂直酞菁环π轨道的纵向重叠导电通路流动,而硫桥聚酞菁导带电子还可经中心原子和桥原子的d轨道重叠通路迁移.     

金属卟啉类化合物的催化作用

卟啉是含四个吡咯分子的大环类化合物,母体卟吩自由碱的骨架如图1(1)所示。自然界中分布最广的卟啉化合物是原卟啉Ⅸ(图1(2))、酞菁(图1(3))具有和卟吩核类似的结     

四(5,6-二氯-1,4-二硫杂环已烯)四氮杂卟啉的金属配合物的电化学还原及光谱电化学表征

关于卟啉和酞菁的金属配合物已有广泛的研究，这二类化合物因其具有特殊的结构和功能，在不同领域里得到广泛应用。四氮杂卟啉的分子结构是这两类化合物分子结构的“混种”，兼有两者的基本特性，而含硫四氮杂卟啉的金属配合物具有比金属卟啉和金属酞菁更为优良的物理化学...     

α和β-四(4-甲氧基苯氧基)酞菁锌的合成、表征和电化学性质

以3-硝基邻苯二腈和4-硝基邻苯二腈为原料经过两步反应合成了α和β-四甲氧基苯氧基酞菁锌,通过IR光谱、UV-Vis光谱、MS谱、1H NMR谱和元素分析表征了其结构,其结果与标题化合物的结构一致.这两种酞菁在有机溶剂中有良好的溶解性.通过循环伏安法研究其能带结构和电化学过程,结果表明,甲氧基苯氧基在α-位时(与苯氧基在β-位时相比)酞菁单体的HOMO能级升高,LUMO能级降低,带隙变窄,有利于酞菁分子的电子传输.它们在二氯甲烷中的电化学过程都是单电子准可逆过程,而且氧化还原过程均发生在酞菁环上.最后提出了两种酞菁的电化学反应机理.     

八面沸石超笼内卟啉钴（Ⅱ）的合成与表征

80年代初期Norman Herron及他的同事将酞菁铁镶嵌在X、Y型分子筛超笼内,可使酞菁的寿命增长并具有选择性催化作用。卟啉与酞菁的结构类似,有些卟啉催化性能虽好,但稳定性不高,如果将卟啉镶嵌在分子筛超笼内,可能会提高卟啉的稳定性,并改变它的催化性能。开展这一工作可为寻找新型催化剂开辟一条新途径。本文首次将四卤甲基卟啉(TCTMP,TBTMP)镶嵌在NaX分子筛超笼内。通过UV-Vis、IR、SEM和吸附等手段予以表征。     

四吡咯环状化合物的光物理和三阶非线性光学性质的研究

本论文在设计合成一系列四吡咯环状化合物的基础上,运用多种光谱手段研究周边取代对包括酞菁、三明治型酞菁、芴取代卟啉与氮杂卟啉在内的四吡咯环状化合物及其配合物的光物理性质和受355nm的光激发后所经历的光物理过程;研究不同结构因素对四吡咯环状化合物及其配合物的光物理性质的影响;用光限幅和Z-扫描方法检测四吡咯环状化合物的三阶非线性光学响应,研究其三阶非线性光学性质的来源,计算衡量其光限幅性质和三阶非线性光学性质的参数,并分析其产生的原因、结构与非线性光学性质的关系和影响其强弱的因素.     

溴化四-(4-N,N,N-二甲基,正庚烷基氨基苯基)卟啉钴的合成,L-B膜及其气敏、湿敏特性

卟啉和酞菁是一类大环共轭化合物,由于其结构和性能以及在生命科学中所起的作用,使得用L-B膜技术研究其结构和功能越来越引起人们的重视.自从Jones等发现原卟啉L-B膜具有较好的光导性以来,卟啉L-B膜的电导性和气体敏感特性相继有人进行过研究。     

四齿锰络合物对α－蒎烯及苯乙烯的催化环氧化研究

以西佛碱锰、四苯基卟啉锰和酞菁锰络合物为催化剂，研究了在次氯酸盐体系中对α－蒎烯和苯乙烯催化环氧化的性能．比较了不同结构西佛碱锰的反应活性，发现二价锰络合物同样有催化活性，对不同催化体系进行了比较。并研究了一相催化体系中的环氧化反应。     

溴化四-(4-N,N,N-二甲基,正庚烷基氨基苯基)卟啉钴的合成,L-B膜及其气敏、湿敏特性

卟啉和酞菁是一类大环共轭化合物,由于其结构和性能以及在生命科学中所起的作用,使得用L-B膜技术研究其结构和功能越来越引起人们的重视.自从Jones等发现原卟啉L-B膜具有较好的光导性以来,卟啉L-B膜的电导性和气体敏感特性相继有人进行过研究。发现卟啉铜L-B膜对二氧化氮有很高的敏感性,而且有良好的选择性.人工合成的     

长链烷烃分子吸附增强效应的STM图像理论研究

STM实验发现长链烷烃分子能够改善多种有机分子的吸附性能,本文利用CVFF力场对长链烷烃与石墨吸附体系进行了分子力学模拟,用半经验ZINDO/1,AM1方法对烷基取代酞菁和卟啉的STM形貌反差机制进行了研究。理论计算表明,长链烷烃分子与基底的吸附作用增强了分子的吸附稳定性,而烷烃分子间的二维结晶作用使取代酞菁和卟啉分子形成密排的二维有序结构。前线轨道电子密度和STM实验结果比较证明,分子核部分的电子性质和烷基部分的几何结构决定了取代酞菁和卟啉分子的STM形貌反差。     

具有相反电荷取代基的卟啉和酞菁异聚体荧光光谱的研究

用荧光光谱的方法研究了由水溶性的中位-四-[对-(N,N,N-三甲基苯基)铵基]卟啉的碘化物和2,6,9,15-四(4'-磺酸基)镓酞菁形成的超分子体系,在水溶液中阴离子酞菁与阳离子卟啉能形成杂聚集体。荧光光谱滴定的结果表明:聚集体为杂二聚体,形成平衡常数为1.17×10⁸L/mol。说明了卟啉-酞菁杂二聚体是非常稳定的。没有观察到聚集体的荧光发射。     

卟啉、酞菁L-B膜中取代基的定向作用研究

由Π-A 曲线研究了五种具有不同取代基的卟啉、酞菁金属配合物不溶物膜的水/空气界面性质, 根据分子截面积和分子模型推断了单层膜中卟啉、酞菁环的可能取向及取代基的定向作用. 以偏振紫外测定了L-B 多层膜中大环的取向, 结果表明卟啉, 酞菁环以与它们在亚相表面相同的取向转移到固体基片上, 证明了取代基的性质和致目不同对分子大环的定向作用不同.     

密度泛函理论计算研究金属-N4大环化合物在酸性介质中的稳定性

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是一种能够有效地将化学能转换成电能的装置,其具有较高的效率及功率密度,还兼具环境友好的优点,因而在电动车和分布式电站等领域有广泛应用前景.然而,昂贵的价格及较差的耐久性阻碍了 PEMFCs的广泛应用.阴极氧还原反应(ORR)缓慢的动力学是限制 PEMFCs性能的主要因素.目前, Pt及其合金仍然是最有效的 ORR催化剂.有限的 Pt供应量是 PEMFC商业化的主要障碍之一.因此,具有较高 ORR活性的非贵金属催化剂越来越多的引起了人们的关注.在众多非贵金属 ORR催化剂中, Fe, Co等金属与氮共掺杂的碳材料最有望取代 Pt.一般认为,这类材料中起催化作用的活性中心是与金属酞菁(MPc)和卟啉(MP)等大环分子类似的金属-N4配位结构.无论是 MPc和 MP,还是掺杂碳材料催化剂,在酸性介质中的耐久性都不够好.具体原因至今仍没有定论.一些研究者认为中心金属离子与酸性介质中的质子交换引起的去金属中心是原因之一.我们通过密度泛函理论计算和热力学分析研究酸性介质(pH=1)中金属大环分子中金属离子和溶液中质子的交换反应,探讨去金属中心是否是造成金属大环类分子催化剂和金属与氮共掺杂碳基催化剂在酸性介质中不稳定的原因.
　　我们建立了研究金属大环化合物中心金属离子与溶液中质子的交换反应的热力学分析方法.在此基础上借助密度泛函理论计算获得各种金属酞菁和卟啉在强酸性介质中的金属离子平衡浓度,以确定相应金属大环分子的稳定性.研究结果表明,在酸性介质中铬、锰、锌类酞菁和卟啉分子很容易被质子化而形成相应的非金属酞菁和卟啉,原因可能是这三类金属的二价阳离子的3d轨道均为半充满或者全充满状态,使得它们与氮的配位能力下降;而铁、钴、镍、铜类酞菁和卟啉在酸性介质中金属化离子的平衡浓度几乎为零,表明它们基本上不发生金属离子与质子的交换反应,且稳定性趋势为 CoPc > NiPc > FePc > CuPc和 CoP > NiP > CuP > FeP,同时,相应的金属酞菁比金属卟啉更稳定.这表明具有氧还原活性的铁、钴类大环分子催化剂及铁、钴与氮共掺杂的碳材料在酸性溶液中的活性衰减并不是由于金属离子与质子的交换引起的.
　　我们还考察了取代基对大环分子中金属离子与质子交换反应的影响,结果发现,给电子取代基(甲基,氨基,叔丁基)会极大地增强酞菁铁和酞菁钴在酸性介质中的稳定性.对于酞菁铁而言,具有中等强度吸电子效应的四氯、四氟和十六氯取代后,其在酸性中稳定性有一定程度的增强,而具有强烈吸电子效应的四硝基及十六氟取代后,稳定性则降低.对于酞菁钴而言,上面提到的所有吸电子取代基都会使得其在酸性介质中变得更加不稳定,并且其不稳定程度随着取代基吸电子能力的增强而上升.     

酞菁-卟啉超分子的形成及光致电子转移过程

用吸收光谱的方法研究了溶液中四－（４’－Ｎ，Ｎ，Ｎ－三甲基）－苯氧基）酞菁季铵碘盐及它的锌络合物与四－（４’－磺酸基苯基）卟啉及它的锌络合物通过分子间自组装形成的新一类超分子排列的杂聚体，用Ｊｏｂ氏光度滴定的方法确定了它们的组成，为面对面的杂二聚体或三明治式的杂三聚体超分子排列，证实卟啉和酞菁的中心络合金属与溶剂分子之间的轴向配位是决定了卟啉，酞菁杂聚体的组成，发现在超分子体系中卟啉与酞菁能互相猝     

一种新型的平面共轭的酞菁卟啉二联体的合成及光谱研究(英文)

5,10,15,20-四(4-氯苯基)-2′,3′-二氰基[2,3-β]卟啉和4,5-二(丁烷氧基)邻二氰基苯在锂存在的条件下在正戊醇中回流四聚,然后用醋酸处理得到了一种新型的平面共轭酞菁二联体H4{[(DAPc(OC4H9)6][TClPP]}(1)(其中DAPc(OC4H9)6是2,3,9,10,16,17-六(丁烷氧基)-22,25-二氮杂酞菁的二价阴离子,TClPP是5,10,15,20-四(4-氯苯基)卟啉的二价阴离子)。这种二联体和Zn(OAc)2.2H2O在DMF和甲苯混合溶剂中反应得到双金属配合物Zn2{[(DAPc(OC4H9)6][(TClPP)]}(2)。质谱和核磁共振光谱等一系列的表征方法证明了这种双核的混杂四吡咯结构。电子吸收光谱和磁圆二色谱证明了酞菁发色团和卟啉发色团之间存在有效的分子内电子相互作用。这一结论进一步得到了理论计算的支持。     

卟啉和酞菁修饰的单壁碳纳米管的合成及光谱性质

利用5-(4-氨基苯基)-10,15,20-三(3,5-二辛氧基苯基)卟啉和2,9,16-三叔丁基-23-氨基锌(Ⅱ)酞菁通过酰胺键连接方式同时对单壁碳纳米管进行共价修饰, 通过红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜对所得碳纳米管复合物进行了表征, 证实了其结构. 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析表明, 光活性分子卟啉和酞菁均与单壁碳纳米管之间存在较强的电子效应. 经卟啉和酞菁共同修饰的单壁碳纳米管复合物比卟啉和酞菁单独修饰的碳纳米管复合物的吸光范围更宽, 而且分散性较好(309 mg/L), 是潜在的光电转换材料.     

密度泛函理论计算研究金属-N_4大环化合物在酸性介质中的稳定性（英文）

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是一种能够有效地将化学能转换成电能的装置,其具有较高的效率及功率密度,还兼具环境友好的优点,因而在电动车和分布式电站等领域有广泛应用前景.然而,昂贵的价格及较差的耐久性阻碍了PEMFCs的广泛应用.阴极氧还原反应(ORR)缓慢的动力学是限制PEMFCs性能的主要因素.目前,Pt及其合金仍然是最有效的ORR催化剂.有限的Pt供应量是PEMFC商业化的主要障碍之一.因此,具有较高ORR活性的非贵金属催化剂越来越多的引起了人们的关注.在众多非贵金属ORR催化剂中,Fe,Co等金属与氮共掺杂的碳材料最有望取代Pt.一般认为,这类材料中起催化作用的活性中心是与金属酞菁(MPc)和卟啉(MP)等大环分子类似的金属-N4配位结构.无论是MPc和MP,还是掺杂碳材料催化剂,在酸性介质中的耐久性都不够好.具体原因至今仍没有定论.一些研究者认为中心金属离子与酸性介质中的质子交换引起的去金属中心是原因之一.我们通过密度泛函理论计算和热力学分析研究酸性介质(pH=1)中金属大环分子中金属离子和溶液中质子的交换反应,探讨去金属中心是否是造成金属大环类分子催化剂和金属与氮共掺杂碳基催化剂在酸性介质中不稳定的原因.我们建立了研究金属大环化合物中心金属离子与溶液中质子的交换反应的热力学分析方法.在此基础上借助密度泛函理论计算获得各种金属酞菁和卟啉在强酸性介质中的金属离子平衡浓度,以确定相应金属大环分子的稳定性.研究结果表明,在酸性介质中铬、锰、锌类酞菁和卟啉分子很容易被质子化而形成相应的非金属酞菁和卟啉,原因可能是这三类金属的二价阳离子的3d轨道均为半充满或者全充满状态,使得它们与氮的配位能力下降;而铁、钴、镍、铜类酞菁和卟啉在酸性介质中金属化离子的平衡浓度几乎为零,表明它们基本上不发生金属离子与质子的交换反应,且稳定性趋势为Co PcNiPcFePcCuPc和Co PNiPCu PFeP,同时,相应的金属酞菁比金属卟啉更稳定.这表明具有氧还原活性的铁、钴类大环分子催化剂及铁、钴与氮共掺杂的碳材料在酸性溶液中的活性衰减并不是由于金属离子与质子的交换引起的.我们还考察了取代基对大环分子中金属离子与质子交换反应的影响,结果发现,给电子取代基(甲基,氨基,叔丁基)会极大地增强酞菁铁和酞菁钴在酸性介质中的稳定性.对于酞菁铁而言,具有中等强度吸电子效应的四氯、四氟和十六氯取代后,其在酸性中稳定性有一定程度的增强,而具有强烈吸电子效应的四硝基及十六氟取代后,稳定性则降低.对于酞菁钴而言,上面提到的所有吸电子取代基都会使得其在酸性介质中变得更加不稳定,并且其不稳定程度随着取代基吸电子能力的增强而上升.