Hartree-Fock与密度泛函混合处理中的电子自相关和自旋平行相关问题

电子气近似中的电子相关能与量子化学中的Hartree-Fock相关能在定义上不相互等同。作者从假想的、含N个电子的"有限电子气"出发, 通过比较这类体系与无限电子气在物理模型上的差异, 合理地把电子气相关能定量地分解为单电子自相关、电子自旋平行相关以及Hartree-Fock相关三个部分。并阐明了各组分的构成随N的变化规律。在此基础上建立的Hartree-Fock与密函混合处理方案, 无须借助任何经验参数, 仅通过简捷的计算即可实现原子和分子的相关能校正。平均误差为4.2%, 优于CI-SD和MP4等Hartree-Fock处理的结果。     

密度泛函理论与Hartree-Fock方法混合处理中的稳态相关能校正

本文分析了通常的Hartree-Fock(HF)相关能定义和密度泛函理论(DFT)中的相关能定义的等价性条件。认为在参考电子密度与真实密度相差很大时两种定义是不等价的, 严格的DFT相关能比HF相关能(绝对值)要大。而在DFT与HF混合处理中得到的相关能比HF相关能(绝对值)要小, 两者之差相当于稳态相关能。实际计算表明, 通过合理地选择组态, 采用有限CI可以求得这一差值。本文描绘了双原子分子H2(X^1∑g^+), HF(X^1∑^+), N2(X^1∑g^+)的势能曲线, 结果比完全CISD和MP4的曲线还要好。H2的离解能是0.17a.u., 逼近实验值0.1747a.u..。     

为什么N_2分子和C_2H_2分子里的三键活动性截然两样?

N_2分子的电子结构可简单地写为:N≡N:即两个 N 原子之间有一个σ键,二个π键。同时,每个 N原子还有一对“孤对电子”。乙炔分子的电子结构可简单地写为:H—C≡C—H即两个 C 原子之间有一个σ键,二个π键。另外,每个 C 原子与一个 H 原子间有一个σ键。对比 N_2分子与 C_2H_2的电子结构,可以看出在 N_2     

ε-六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）热解机理的理论研究

运用量子化学中非限制性Hartree-Fock自洽场(UHF-SCF)PM3分子轨道(MO)方法,计算研究六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW或CL-20)的最稳定ε晶型化合物的气相热解引发反应.求得可能的四种不同热解反应通道的过渡态、活化能和位能曲线,发现其热解引发步骤为五元环上侧链N—NO2键的均裂.在过渡态附近相关原子电荷发生突变.     

ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)热解机理的理论研究

运用量子化学中非限制性Hartree-Fock自洽场(UHF-SCF) PM3分子轨道(MO)方法, 计算研究六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW或CL-20)的最稳定ε晶型化合物的气相热解引发反应. 求得可能的四种不同热解反应通道的过渡态、活化能和位能曲线, 发现其热解引发步骤为五元环上侧链N—NO₂键的均裂. 在过渡态附近相关原子电荷发生突变.     

一维函数方法求解原子和分子薛定谔方程

对薛定谔方程的严格数值求解, 尤其是发展标准方法之外的、 包含新功能的解法, 一直是物理学研究的基本关注点. 本文介绍一种近些年发展的一维函数近似解方法, 该方法通过对波函数的不同坐标分量进行处理来求解原子和分子体系的薛定谔方程. 电子的试探波函数被离散化到实空间均匀格点上, 因此可以通过残差矢量校正的方法对其进行改进. 一维函数方法本身的特征决定其非常利于数值积分, 避免了很多由常规的多电子、 多中心势分子积分所带来的问题. 计算中, 最终能量是从严格的能量上限逐渐收敛所获得, 计算出的两电子薛定谔波函数呈现出常规单电子近似方法所含有的电子关联效应. 不同于密度泛函理论及Hartree-Fock的单电子解法, 本方法对电子-电子排斥能的多体效应的处理更加精确.     

移动窗口二维相关光谱技术

移动窗口二维相关光谱是一种新的二维相关分析方法,它将移动窗口的概念和二维相关分析方法有效地结合在了一起,利用移动窗口将庞大的光谱数据按矩阵分割成若干个便于操作的子矩阵,用二维相关光谱分别处理,将得到的结果综合分析,用以光谱变量和扰动变量为坐标的等高图表现出来,从中可以非常直观地观察出光谱强度在扰动变量方向上的变化,进而找出引起光谱强度突变的特征扰动点。本文主要介绍了移动窗口二维相关光谱的计算方法、基本特征、影响因素和实际应用,同时还详细介绍了以它为基础改进得到的扰动相关移动窗口二维相关光谱。扰动相关移动窗口二维相关光谱包括同步图和异步图,它不仅能很好地反映出引起光谱强度突变的特征扰动,还能详尽地描述出光谱强度在扰动过程中的变化情况。     

等离子体引入方式对强化制备二氧化碳重整甲烷反应的Ni/γ-Al2O3催化剂的影响

采用等离子体技术强化制备了Ni/γ-Al2O3催化剂, 以CO2重整CH4为模型反应考察了等离子体引入方式对催化剂性能的影响, 并采用H2-TPR, BET, CO2-TPD, XRD, CO2-TPSR, TGA及XPS技术对催化剂进行了表征. 研究结果表明, 与常规焙烧的催化剂相比, 在氢气还原过程前引入氮气等离子体处理能有效提高催化剂的低温反应活性. N2气等离子体处理使前驱体中的硝酸盐能在温和条件下分解, 并使催化剂具有较强的还原能力和较大的比表面积. 先进行N2气等离子体处理再进行H2气还原的催化剂, 其活性组分的分散度显著提高, 对CO2的吸附量也明显增加, 并且反应后催化剂上的积炭量比常规催化剂上的显著降低, 形成比较单一的碳物种.     

铁原子与氮分子间的相互作用——单侧双配位构型

用密度泛函理论的B3LYP/6-311+G(d)方法对单侧双配位FeN2体系(简记为S-FeN2)不同自旋多重度的稳定态、范德华力作用态和过渡态的多个电子态的几何结构、电子结构、能量和振动频率进行了计算比较研究. 结果表明, S-FeN2体系三种自旋态间, Fe—N 距离R1和N—N 距离R2值均比较接近; 能量最低的是15B2态, 相近态有15B1、13B1和13B2, 彼此能差约25 kJ·mol-1. 三重态电子结构复杂, 单重态能量普遍偏高; 基组态Fe原子与N2间存在强的σ-π电子对排斥而无有效轨道重叠和电子转移, 其它组态4s13d7、4s13d64p1和3d74p1, Fe 和N2间发生σ(sd)-π和π-π*轨道重叠作用, 有少量电子转移, 体系呈现一定的离子性特征, 活化N2键长基本不超过120 pm. Fe 原子的电子单或双重被激发到由N2反键轨道为主要成分的分子轨道上时, 能使N2活化到单键程度甚至解离.     

基于GPU的Hartree-Fock与密度泛函算法及程序

基于图形处理单元(GPU)的算法和程序为解决量子化学中的计算瓶颈开辟了道路. 作者设计了基于GPU的量子化学算法和程序, 实现了Hartree-Fock方法和密度泛函理论中双电子排斥积分计算、Fock矩阵构造以及交换相关泛函的计算. 由于计算内核使用OpenCL编程框架, 程序可以在多种架构的计算设备上执行. 对于不同计算模块和分子自洽场计算的测试表明, 基于OpenCL的GPU程序相比CPU上的串行程序实现了最快148倍的加速.     

LDS751激发态电荷转移和光致异构化的量子化学研究

利用密度泛函方法对激光染料分子LDS751的电子结构和激发态性质进行了一系列的量子化学计算, 在理论上对其激发态下可能的构型变化和动力学过程进行了预测. 从计算结果得出LDS751分子可能存在两个分别通过C—C桥键和端基C—N键旋转而实现的影响其光谱性质的光致异构化通道. 利用分子内官能团在激发过程中的电荷布居变化定量地分析了分子内电荷转移过程. 所得结论可以预测不同时间尺度下的光谱特征谱线和解释相关的光谱实验.     

用激光诱导荧光方法研究Ca+NF3, CHF3反应的初始产物能态分布

本文使用LIF方法在气-束装置上研究了Ca+NF_3——CaF+F_2N 和Ca+CHF_3——CaF+CHF_2二个反应的初始产物能态分布。通过测得的CaF分子的LIF激发光谱和计算机模拟计算, 发现二个反应的CaF振动分布属于类Boltzmann型, 并取得其内能分配的信息。通过光谱模拟和信息论计算, 还获知NF_2和CHF_2自由基的内能态是激发的。根据分析, 本文认为这二个反应是具有后期释能特征的直接碰撞反应。     

用激光诱导荧光方法研究Ca+NF_3,CHF_3反应的初始产物能态分布

本文使用LIF方法在气-束装置上研究了Ca+NF_3——CaF+F_2N 和Ca+CHF_3——CaF+CHF_2二个反应的初始产物能态分布。通过测得的CaF分子的LIF激发光谱和计算机模拟计算,发现二个反应的CaF振动分布属于类Boltzmann型,并取得其内能分配的信息。通过光谱模拟和信息论计算,还获知NF_2和CHF_2自由基的内能态是激发的。根据分析,本文认为这二个反应是具有后期释能特征的直接碰撞反应。     

内掺三金属氮化物富勒烯Er3N@C80的几何结构与电子性质理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对Ih-Er3N@C80的几何结构和电子性质进行理论研究. 结构优化发现当Er3N的三个Er原子偏离Ih-C80中五边形和六边形公共边中点时形成的结构最稳定. Er—C和Er—N键是离子键. 能级分析可知: 掺入Er3N后, 碳笼的稳定性提高. 局部态密度图和自旋聚居数分析表明: Er3N的掺入使Ih-C80磁性变大, 而Er3N仍然具有一定的磁性. 垂直电离能和垂直亲和能分析表明: 掺入Er3N后, 碳笼的得失电子能力都有所降低.     

环戊烷分子的电子动量谱

报导了在高分辨率电子动量谱仪上获得的环戊烷分子的结合能谱和动量谱的实验结果,并用Hartree-Fock方法和密度泛函方法做了理论计算.实验得到的环戊烷分子各电子轨道的电离能值与光电子谱得到的数据一致,动量分布的实验结果也与理论计算基本吻合.     

均三嗪含氮取代基衍生物的结构和性质

在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了—CN、—NO2、—NH2、—N3 、—N2H、—NHNH2、—N4H和—N4H3等含氮取代基取代均三嗪环上的氢原子生成的衍生物, 预测了它们的分子构型、分解能及含能性质. 对衍生物分解能的研究结果表明, —CN 和—NH2取代的衍生物的分解能比未取代时更高, 而其余基团的取代使分解能降低; 取代基化合物的生成热越大, 取代均三嗪中的氢原子后生成衍生物的生成热也越大. —CN、—N3和—N4H取代的均三嗪衍生物的单位原子生成热为71.9、78.7 和82.6 kJ, 比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高. —N4H、—N3 、—N4 H3 、—N2 H和—CN取代的均三嗪衍生物, 生成热为863.1-1735.2 kJ·mol-1, 但—N4H和—N4H3取代的衍生物分解能较小,稳定性较差.     

Ne原子的精确二阶超极化率

为了获得精确的Ne原子的二阶超极化率,基组必须包括三部分φ=φ^(0) φ^(1) φ^(2)。其中φ^(0)由s,p函数组成,必须能较完备地描述无外电场时原子的波函数,使无微扰能量E0接近Hartree-Fock极限值,同时对远离核的区域的电子云有较好的描述。Φ^(1)由d函数组成,必须能较完备地描述外场引起的一阶微扰,使极化率α接近Hartree-Fock极限值。Φ^(2)由f函数组成,必须能较完备地描述外场引起的二阶微扰,使超极化率γ接近Hartree-Fock极限值。基组的三部分依次分别对E0,α和γ进行优化,从而排除了基组选择过程中的任意性,使计算结果随着基组的扩大而无限趋近Hartree-Fock极限值。用35s20p10d7f基组的计算结果是γ(SCF)=68．83,可用来纠正数字轨道的结果。用其收缩后的基组17s11p10d7f计算的相关水平的结果与实验值符合。     

盐处理下植物组织中甜菜碱和脯氨酸的HPLC-ESI-MS分析

通过高效液相色谱—电喷雾质谱(HPLC—ESI—MS)联用技术,优化了pH、流速、温度、鞘气和辅气等相关影响因素,建立了一个有选择性的、高灵敏度的分析方法,鉴定盐处理下植物组织提取物中的甜菜碱和脯氨酸,一次性快速地分析了甘氨酸甜菜碱、β—丙氨酸甜菜碱、葫芦巴碱、脯氨酸甜菜碱、4—羟脯氨酸甜菜碱和脯氨酸等6种化合物。其标准曲线(50～1000ng／mL)呈直线,线性相关系数大于0.999;相对标准偏差(RSD)为0．5％～15％,回收率在94．0％～97．0％之间。运用这一方法已经分析了大麦、小麦、大豆、甜菜和碱蓬等植物组织中的甜菜碱和脯氨酸,获得了较理想的实验数据,为揭示甜菜碱和脯氨酸与植物的耐盐性生理机制、耐盐品种的鉴定和选育提供了依据。     

AlmN2－ (m=1～8)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311G*水平上对AlmN2－ (m =1～8)团簇的几何构型、电子结构、振动频率、电荷分布与成键方式进行了理论研究. 结果表明, AlmN2－ 团簇的基态结构有两种基本构型, 一种是以N—N键为核心, 周围与Al原子配位形成的； 另一种是由两个AlnN(n＜m)分子碎片通过共用Al原子或Al—Al键相互结合形成的. 对AlnN分子碎片相互结合形成的基态结构亲和能讨论得到, m为奇数的AlmN2－团簇比m为偶数的稳定.     

香豆素衍生物的荧光发射能计算及XC泛函的合理选择

采用含时密度泛函理论(TDDFT)与单激发组态相互作用(CIS)处理相结合的计算方案对香豆素系列15种已知荧光化合物的发射能进行了系统考察. 结果表明, 发射能与吸收能一样, 其计算值主要取决于交换-相关(XC)泛函的选择. 只要泛函选用得当, 在使用较小基组的TDDFT/6-31G(d)//CIS/3-21G(d)理论水平上即可使绝大部分化合物的实验发射能在精度达0.16 eV以内得以重现. 与吸收能计算不同的是, 无法选用单一的一种泛函来对全系列化合物的发射能作出满意的理论预测. 激发态无明显电荷转移的、7位上有氨(或胺)基取代或有氮原子相连的化合物, 其适用泛函为不含Hartree-Fock(HF)交换能的纯泛函OLYP和BLYP. 而激发态发生较大程度电荷转移的、3 位上有共轭取代基的衍生物, 其适用泛函则为含20%的HF交换成分的混合泛函B3LYP. 因此, 发射能计算中的XC泛函选择, 应同时考虑取代基团效应以及激发态的电子结构特征. 其中, 发射能计算值受XC泛函中HF交换能比例的影响十分敏感. 文中还对激发能计算中的溶剂效应校正方案和激发态几何优化精度的影响进行了讨论.