木犀草素与腺嘌呤相互作用的理论研究

本文采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-31+G~*基组水平上对木犀草素—腺嘌呤复合物进行结构优化和振动频率分析,得到了16种稳定的木犀草素—腺嘌呤复合物.应用分子中的原子理论(AIM)分析、自然键轨道(NBO)理论分析得到复合物氢键性质和特征.通过基组重叠误差(BSSE)校正后的相互作用能、成键临界点电荷密度、二阶稳定化能综合分析,得出三氢键复合物C-11结构是最稳定的.综合比较DNA的四个碱基与木犀草素间的相互作用,木犀草素与胸腺嘧啶的相互作用最强,木犀草素-腺嘌呤相互作用最弱,DNA的四个碱基与木犀草素间的相互作用能均比木犀草素与水间相互作用能大,这说明木犀草素作为抗癌药物能有效的发挥作用.     

First principles prediction of the third conformer of hydrogenated BN sheet

We report, using first principles density functional calculations, the relative stabilities, structural and electronic properties of various conformers of hydrogenated BN sheet (BHNH). The already known chair and boat BHNH conformers are structurally similar to those of graphane. We propose a third BHNH conformer called ‘stirrup’ which turns out to be the most stable one, as also verified by frequency analysis. In this conformer, the B–H and N–H bonds of a hexagon alternate in 3‐up and 3‐down fashion on either side of the sheet. We also explore that any other alternative hydrogenation of the BN sheet disrupts its periodic puckered geometry and turns out to be energetically less stable. (© 2010 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Push it to the limit: comparing periodic and local approaches to density functional theory for intermolecular interactions

ABSTRACT

With the aim of systematically comparing two popular approaches to density functional theory – all-electron calculations with local basis sets, and periodic calculations employing plane wave basis sets and norm-conserving pseudopotentials – we have computed complete-basis binding energies across the S22 set of intermolecular interactions, a dataset consisting of noncovalent interactions of small- and medium-sized molecules containing first- and second-row atoms, using the Troullier-Martins norm-conserving pseudopotentials with SPW92, a local spin-density approximation; and PBE, a generalised gradient approximation. We have found that it is challenging to reach the basis set limit with these periodic calculations; for the methods and systems examined, a minimum vacuum distance of 30?Å between a system and its nearest images is necessary – unless some form of dipole correction is employed – as is a kinetic energy cutoff of at least 80 Ry. The trends in convergence with respect to vacuum size and kinetic energy cutoff are largely independent of the level of density functional approximation employed. A sense of the impact of each hyperparameter on basis set error provides a foundation for ensuring quality calculations in future studies and allows us to quantify the basis set errors incurred in existing studies on similar systems.     

First principles determination of structural,electronic and lattice dynamical properties of a model dipeptide molecular crystal

We present the results of ab initio calculations of the structural, electronic and lattice dynamical properties of the solid-state crystal of the glycyl-l-alanine dipeptide. Intramolecular bond lengths are found to be in good agreement with experimental values; lattice constants are in reasonable agreement, although it is found that discrepancies do exist. A hierarchy of hydrogen bond strengths is found, with those between (oppositely-charged) amine and carboxy functional groups being strongest. The crystal is found to be an indirect-bandgap material, with indirect bandgaps ≈4.95 eV, compared to a direct bandgap of 5.00 eV. Analysis of the electronic structure reveals that the electronic states in the near vicinity of the energy gap arise from carboxylate and amide oxygen atoms. The arrangement of both molecules and hydrogen bonds in the unit cell is found to manifest itself in increased bandwidth along specific reciprocal space directions, reflecting coupling brought about by hydrogen bonds. Determination of the zone-centre lattice dynamical behaviour permits the IR absorption spectrum to be explained. Intermolecular hydrogen bonds are found to couple intramolecular motions in adjacent moelcules, revealing the importance of an accurate treatment of intermolecular interactions, even for high-frequency vibronic modes.     

Theoretical Studies on the Structure and Spectrum of Imidazole-Chloranil Charge Transfer Complex

测定了咪唑-四氯苯醌电荷转移复合物在氯仿溶液中的紫外可见吸收光谱,运用Benesi-Hildebrand方程和Job连续变换法确定了咪唑-四氯苯醌电荷转移复合物的化学计量比为1:1. 采用密度泛函理论和多体微扰理论研究了咪唑-四氯苯醌电荷转移复合物的空间构型与结合能. 理论计算结果显示,咪唑-四氯苯醌电荷转移复合物共有四种可能的空间构型,分别为两种边(咪唑)-面(四氯苯醌)式结合构型(S1、S2)和两种边(咪唑)-边(四氯苯醌)式结合构型(S3、S4). 通过比较它们的结合能,发现边(咪唑)-面(四氯苯醌)式构型比边(咪唑)-边(四氯苯醌)式构型更稳定. 运用自然布居分析、电子密度拓扑分析与自然键轨道分析研究了四个构型的咪唑与四氯苯醌结合特征. 结果表明,边(咪唑)-面(四氯苯醌)式构型为电荷转移复合物,而边(咪唑)-边(四氯苯醌)式构型为分子间氢键复合物. 对于复合物最稳定构型S1,咪唑n(N15)孤电子对轨道和四氯苯醌∏* (C1=O7)反键轨道的电荷转移相互作用对咪唑-四氯苯醌复合物的稳定性起着决定性的作用,此外O7…H20氢键也起一定的作用. 采用含时密度泛函理论计算了复合物(S1)的电子激发能. 基于理论计算结果,分析了复合物的紫外-可见吸收光谱.     

Phonon dispersion relations and soft modes of 4 carbon nanotubes

The phonon dispersion relations of three kinds of 4 carbon nanotubes are calculated by using the density functional perturbation theory. It is found that the frequencies of some phonon modes are very sensitive to the smearing width used in the calculations, and eventually become negative at low electronic temperature. Moreover, two kinds of soft modes are identified for the (5,0) tube which are quite different from those reported previously. Our results suggest that the (5,0) tube remains metallic at very low temperature, instead of the metallic-semiconducting transition claimed before.     

FeS2(100)表面原子几何与电子结构的理论研究

采用密度泛函理论研究了FeS2(100)表面原子几何与电子结构.理论计算结果表明:FeS2(100)表面无弛豫、无重构,是体相原子几何的自然终止.与体相电子结构相比,FeS2(100)表面电子特性明显不同,禁带中央产生新的表面态,且表面态局域性强,主要由Fe原子的3d分波贡献.配位场理论定性分析表明:FeS2(100)完整晶面表面态产生机制是Fe原子的配位数减少、局部对称性下降所致 关键词： 密度泛函理论 表面电子结构 FeS2     

四硫富瓦烯类染料敏化剂分子内电子转移特性

染料敏化剂是染料敏化太阳能电池中关键的光电转换材料,其受光激发后,电子由低能级基态跃迁到高能级激发态从而产生有效的电势差。设计和筛选优异性能的染料敏化剂有利于提升其光电转化效率。本文以相关实验研究为背景,设计了一系列具有不同桥位基团的四硫富瓦烯(TTF)类纯有机染料敏化剂,利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对其光电转化及分子内电子转移特性进行了系统研究,通过比较筛选出了高性能的四硫富瓦烯类染料敏化剂。研究结果表明,以环戊联噻吩及其衍生物作为桥位基团的四硫富瓦类染料敏化剂的整体性能更佳,主要表现在较好的电荷分离态、拓宽的光谱吸收范围、提升的光捕获效率以及增强的分子内电子转移(IET)性能等。     

MnTe电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势投影缀加波方法, 对六种典型的二元晶体结构Rocksalt (RS), Cesiun-chloride (CC), Zinc-blende (ZB), Wurtzite (WZ), Iron-silicide (IS) 和Nickel-Arsenide (NA)的MnTe进行了计算研究. 通过比较六种结构的结合能, 确定了MnTe的基态结构是反铁磁的NA结构. 研究了这六种结构MnTe的电子结构、磁性, 并用Birch-Murnaghan状态方程拟合求得了各相结构的体弹性模量和相变压. 电子态密度表明, RS, CC和IS结构的MnTe为反铁磁导体, ZB, WZ和NA结构的MnTe均为反铁磁半导体.     

H20@C80F60结构稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA),对H20@C80F60结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结果表明： H20@C80F60的反应热为236.73eV,大于H20@C80H60的反应热,同时它具有一个3.57eV的较大能隙,说明H20@C80F60具有良好的稳定性．电子结构分析表明：H20@C80F60的最低未占据轨道主要由H原子贡献,而最高占据轨道主要由C原子和F原子贡献,H20@C80F60得电子能力较H20@C80H60有了显著增强．此外,H20@C80F60与H20@C80H60类似,都为闭壳层结构,所有电子均配对,表现为非磁性．     

H20@C80F60结构稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA),对H20@C80F60结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结果表明： H20@C80F60的反应热为236.73eV,大于H20@C80H60的反应热,同时它具有一个3.57eV的较大能隙,说明H20@C80F60具有良好的稳定性．电子结构分析表明：H20@C80F60的最低未占据轨道主要由H原子贡献,而最高占据轨道主要由C原子和F原子贡献,H20@C80F60得电子能力较H20@C80H60有了显著增强．此外,H20@C80F60与H20@C80H60类似,都为闭壳层结构,所有电子均配对,表现为非磁性．     

Universality principle and the development of classical density functional theory

The universality principle of the free energy density functional and the ‘test particle' trick by Percus are combined to construct the approximate free energy density functional or its functional derivative. Information about the bulk fluid radial distribution function is integrated into the density functional approximation directly for the first time in the present methodology. The physical foundation of the present methodology also applies to the quantum density functional theory.     

中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究

使用密度泛函B3LYP方法,在6-31G*和6-311+G**基组水平上计算中性和阳离子丁酮团簇(CH_3COC_2H_5)_n和(CH_3COC_2H_5)_n~+(n 7)的稳定结构,并比较不同尺寸团簇之间的相对稳定性.中性和阳离子丁酮团簇的结构具有相似性:n=3—7时,组成团簇的丁酮的平均几何参数基本相同,单环结构最稳定;随着团簇尺寸的增加,双环结构的稳定性逐渐上升.通过平均结合能、一阶差分能、HOMO-LUMO能隙等计算分析可知:在所研究的各种尺寸团簇中,(CH_3COC_2H_5)_3是最稳定的中性团簇,与实验中的最强峰对应;(CH_3COC_2H_5)_4~+是最稳定的阳离子团簇.通过电离能计算得到丁酮分子的垂直电离能为9.535 eV与实验值相符,同时证明中性和阳离子丁酮二元团簇的结构变化较大.研究结果为实验中丁酮团簇碎片离子的形成机理提供一定的理论依据,并且为进一步研究酮类分子团簇的生长规律提供有价值的信息.     

AuCl3催化炔酮分子内环化反应的机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究炔酮发生分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明：在无催化剂和AuCl₃催化剂作用下,反应均可通过[2+2]和[6+2]途径生成产物.无催化剂时,两条途径控制步骤的能垒都较高,但是[2+2]途径的能垒比[6+2]途径的低32.01 kJ·mol^-1,故反应主要通过[2+2]途径进行.在AuCl₃催化作用下,反应的优势途径为[2+2]途径,其能垒为137.05 kJ·mol^-1.比较活化能发现,AuCl₃催化剂明显地降低了反应能垒,使反应能够顺利进行.     

硅基超晶格Si1-xSnx/Si的能带结构

由于Si基发光材料能与现有的Si微电子工艺兼容,其应用前景被广泛看好. 设计具有直接带隙的Si基材料,备受实验和理论研究者的关注. 本文根据芯态效应、电负性差效应和对称性效应设计了Si基超晶格Si_1－xSn_x/Si. 其中Si_0.875Sn_0.125/Si为直接带隙材料. 在密度泛函框架内,采用平面波赝势法计算表明,Si_0.875Sn_{0.125相似文献}   

Mg，Cu 掺杂CdS电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理的平面波超软赝势方法,对闪锌矿结构CdS晶体及CdS:M（M=Mg, Cu）的几何结构、能带结构、电子态密度、集聚数和电荷密度分布进行了研究.对掺杂后体系的几何结构进行了优化计算,发现Mg和Cu原子掺入CdS后晶格常量均减少,晶格发生畸变.在此基础上研究了掺杂对体系电子结构的影响.结果表明,Mg,Cu掺入CdS都能提供较多空穴态,形成p型电导,并且Cu较Mg是更好的p型掺杂剂. 关键词： 密度泛函理论 电子结构 p型掺杂     

外电场对对硝基氯苯分子结构与电子光谱影响的研究

为达到降解有机污染物硝基氯苯的目的, 采用外加平行电场的方法, 研究电场对硝基氯苯化合物的分子结构和电子光谱等的影响. 以对硝基氯苯分子为研究对象, 采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d, p) 基组水平上优化并计算了不同外电场作用下pCNB的基态分子结构、电偶极矩和分子总能量, 在此基础上采用含时密度泛函研究了该分子的前六个激发态的波长、振子强度受外电场的影响规律.结果表明: C–Cl, C–N键长随电场增加而快速增大, 即键能快速减小, 同时苯环上的C–C, C–H键长的变化很小, 且有增有减, 说明分子的降解可能是C–Cl, C–N键断裂而苯环则相对稳定. 同时分子总能量随电场先增大后变小, 电偶极矩刚好相反.另外, 最大吸收波长λ_max 随电场先缓慢减小, 后快速增大, 导致电子跃迁相对容易, 而振子强度随电场变化则相对比较复杂. 关键词： 对硝基氯苯 外电场 密度泛函 含时密度泛函     

B2H6分子的几何构型

采用Gaussian 98程序中B3P86，BP86，B3LYP，BLYP，UHF，HF及LSDA等方法，对B_{2Ｈ6分子可能的D3d，D3h，D2d和D2h平面型状态及立体型状态 的几何构型五种情况的1重态及3重态进行了优化，得到该分子基态为1重态，它的电子状态 是^lＡg,B2H6的几何构型仍然是传统的对 称性为乙烯式的D2h结构 ，其构型如图9所示，其能量最低，是－53．5865H.a.u..两个硼原子与四个H原子所在平面 垂直于两个硼原子及另外二个H原子所在平面，二个硼原子之间的距离是R12=0 ．17542nm，B原子及H原子之间的距离是R17=0．13149nm，R13=0． 1188 4nm,它们之间的夹角分别是，∠314=∠526=121．93°，∠817=∠827=96．3°，B2Ｈ6中硼原子采用不等性的sp³轨道和另一硼原子的不等性的sp< sup>3轨道 及氢原子的1s轨道 交互重叠生成桥式三中心双电子键.三中心双电子键比双中心双电子键更为稳定，计算结果 也证实了这一点. 关键词： 2H6')" href="#">B2H6 密度泛函 几何构型 优化}     

GanN－m阴离子团簇的结构及稳定性的研究

利用密度泛函理论(DFT)对Ga_nN^-(n=2—8)和Ga_nN^-₂ (n=1—7)阴离子团簇的结构及稳定性进行了研究.在B3LYP/6-31G^*水平上进行了结构优化和频率分析，得到了Ga_nN^-(n=2—8)和Ga_nN^-₂(n=1—7)阴离子团簇的基态结构.在这些团簇中，原子总数小于等于6的团簇的几何结构为平面结构，原子总数大于6的团簇的几何结构为立体结构；在所研究的团簇中，Ga₄N^-，Ga₆N^-,Ga₄N^-₂和Ga₅N^-₂的基态结构较稳定. 关键词： nN^-_m团簇')" href="#">Ga_nN^-_m团簇 密度泛函理论(DFT) 几何结构