SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.     

AlO自由基在辐射场中的物理和光谱特性

AlO自由基在金属有机化学、催化材料、燃烧化学及天体物理学等领域受到人们的广泛关注,研究外辐射场下对AlO自由基的物理特性和光谱特征的影响将有助于更深入理解和增强在相关领域的应用。采用密度泛函理论B3PW91方法,在6-311+G(3df,2p)基组水平上优化了不同辐射场(-0.04~0.04 a.u.)下AlO自由基的基态稳定构型,用同样方法计算了该构型的分子结构、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外可见吸收光谱受外辐射场的影响。结果表明,分子结构与辐射场有关。在外辐射场变化范围(-0.04~0.04 a.u.),自由基总能先小幅度增大(-0.03 a.u.达到最大值)后大幅度单调减小;分子键长在负辐射场(-0.04~0 a.u.)没有明显变化,但在(0~0.04 a.u.)正辐射场下单调变长;偶极矩先减小(-0.03 a.u.达到最小值)后增大;而能隙先不断增大(-0.04^-0.02 a.u.),在(-0.02~0.03 a.u.)辐射场能隙基本稳定,随后单调下降。正辐射场(0~0.04 a.u.)对AlO自由基的振动频率和红外强度的影响较大, AlO自由基在0.04 a.u.辐射场下的红外光谱红移74 cm^-1,其对应光谱强度是未加辐射场的80倍;正辐射场(0~0.04 a.u.)的拉曼光谱红移较明显,在0.04 a.u.红移78 cm^-1;负辐射场(0^-0.04 a.u.)对拉曼光谱影响也较大,在-0.03 a.u.辐射场下具有很强的拉曼活性是未加辐射场的688倍;正辐射场(0~0.04 a.u.)下AlO自由基的紫外可见吸收光谱中原来无辐射场下的最大吸收峰(170 nm)蓝移了22 nm且吸收幅度减至一半,在负辐射场范围内(0^-0.04 a.u.)该吸收峰也辐有蓝移其强度也有减弱趋势;AlO自由基的无辐射场下第二个最大紫外可见峰在正辐射场作用下,其波长从282 nm一直递减蓝移13 nm和吸收强度递增至2.2倍,负辐射场范围内(0^-0.04 a.u.)该吸收峰红移10 nm和吸收强度递增了6.2倍,超过了无辐射场下最大吸收波长强度。     

外电场下GaN的特性研究

以6-311G(3df,3pd)为基组,采用B3PW91方法优化得到GaN基态分子的几何结构,并探究了电场对GaN分子基态能量、电荷布居数、键长、偶极矩、振动频率、红外光谱强度、HOMO、LUMO能级影响.研究表明:无电场时,谐振频率值为576.2218 cm~(-1),与实验值484.9 cm~(-1)很接近.有电场时,键长、偶极矩、能隙Eg、电荷布居数、红外谱强度、HOMO和LUMO能级随电场的增大而减小;谐振频率和分子总能量随电场的增加而增加.谐振频率和红外谱强度对电场有着明显的依赖关系,这对材料的光学特性研究有提供理论参考.     

ZnO在辐射场中的光激发特性研究

采用密度泛函理论的BPV86方法, 在6-311G++(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.080 a.u.)下氧化锌分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氧化锌分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱和紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化明显, 与电场呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, ZnO分子键长一直在增大, 电偶极距也是一直增大, 分子总能量不断减小, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现红移现象。随着外电场的加强, 分子紫外可见吸收光谱振子强度先增大后减小再增大再减小反复变化, 其波峰则出现蓝移现象。     

核黄素在不同极性溶剂中的光谱特性研究

实验测得核黄素在水、二甲基亚砜(DMSO)和三氯甲烷三种不同极性溶剂中的稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱,研究了溶剂对核黄素光谱性质的影响。实验结果表明,在不同极性的溶剂中,核黄素的吸收峰位置几乎不变,而荧光光谱峰值随着溶剂极性的增大而出现红移。这是由于溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布导致它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化。在时间分辨荧光光谱实验中,核黄素在水溶液中荧光寿命也高于在其他两种溶剂中,荧光寿命的延长可归因于核黄素与氢键对体溶剂之间的分子间氢键相互作用。应用Gaussian09软件,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论,结合基于密度的溶剂化模型,对不同极性溶剂中的核黄素分子进行基态和激发态优化和计算。通过前线分子轨道分析,核黄素的受激跃迁属于苯环和含氮杂环上的π电子向苯环及C N,C O共轭双键的反键轨道π*的跃迁。分子偶极矩的计算结果表明,核黄素分子的第一激发态偶极矩大于基态偶极矩,偶极矩的增大,导致溶质与溶剂分子之间的相互作用的增大。而溶剂分子与溶质分子基态和激发态的相互作用程度不同,使得吸收峰和荧光峰出现不同变化情况。极性越大的溶剂越有利于对激发态的稳定作用,使激发态能量降低,相应的发射波长发生红移。最后,通过分子表面静电势和弱相互作用分析,在水溶剂中考虑氢键作用对核黄素分子光谱的影响。多聚体结构的理论吸收和发射峰值更接近实验结果,说明多聚体结构合理。水分子二聚体与核黄素形成的环状结构,有利于提高核黄素分子的刚性,有利于荧光的发射,减少非辐射跃迁的几率,荧光寿命延长。     

CF_3I分子在外电场中的物理和光谱性质研究

CF_3I是公认的用以代替SF6的新型环保绝缘气体,其在外电场中的具体性质的研究至关重要.利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/DGDZVP基组水平上,从分子结构角度研究了CF_3I气体在外电场(-0. 02 a. u.～0. 02 a. u.)作用下的光谱特征和解离特性.计算结果表明,沿C至I方向的电场增强时:C-I键键长单调增大,能隙E_g单调减小;分子总能量先增大后减小,偶极矩先减小后增大;费米能级EF单调减小,但当电场增至C至I方向0. 010 a. u.时,费米能级EF出现局部极大值.外电场对分子红外光谱的影响表现为:沿C至I方向电场强度增大时,四个振动频率红移(包括最高峰),其余两个蓝移.分子的解离特性表现为:沿C至I方向强度超过0. 025 a. u.的电场可使C-I键断裂.以上结果为CF_3I或其与其混合物在外电场下的特性研究提供了参考.     

三氯一氟甲烷分子在辐射场中的光谱性质与解离特性研究

采用B3LYP/6-311++g(3df,3pd)方法和基组对氟利昂物质CFC-11 (CFCl_3)分子进行了一系列的理论研究.包括了该分子的基态结构、电偶极矩、总能量、最高占据分子轨道能级E_H和最低未占据分子轨道能级E_L、能隙、红外与拉曼光谱性质、C-F键解离,并探讨电场对该分子的影响.结果表明:基态结构优化后的理论计算值和实验值的最大误差低于2%,C-F键受电场强度的增大而被拉长,能隙E_g随E_H和E_L的变化出现先增大后减小;电场影响着CFC-11分子的红外与拉曼光谱吸收强度,红外与拉曼光谱随着电场变化出现红移或蓝移现象.电场可作为一种辅助手段对其重叠或准重叠谱线进行分离.势阱深度随反向电场逐渐增大而减小,直至消失,使得C-F键的束缚能力逐渐减弱.本文有望为实现CFC-11分子最终发生解离而降解提供一种可行有效的调控手段.     

外电场下CdSe的基态性质和光谱特性研究

采用密度泛函(DFT)B3PW91方法在Lanl2dz基组下优化得到CdSe分子的基态稳定构型, 并研究了外电场对CdSe基态分子的总能量、HOMO能级、LUMO能级、能隙、电偶极矩μ、电荷布居、红外光谱的影响. 在相同的基组下用TD-DFT 方法计算了外电场下CdSe分子的前9个激发态的激发能、激发波长和振子强度. 结果表明: 无电场时CdSe分子的激发波长与实验结果符合较好, 相应的激发能也很接近. 随着电场增加, CdSe基态分子键长、偶极矩、红外谱强度先减小后增大; HOMO能级、LUMO能级、能隙随电场增加而减小; 总能量、谐振频率则是先增大后减小. 此外, 外电场对CdSe分子的激发能, 激发波长和振子强度均有较大影响.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律.计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同.随着外电场(-0.02 a.u.-0.03 a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向电场的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义.体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反.另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律。计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同。随着外电场(-0.02a.u.—0.03a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义。体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反。另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移。     

外电场下L-茶氨酸分子的结构特征与光谱性质

L-茶氨酸(N-乙基-L-谷氨酰胺)是一类具有降压、抗氧化的非蛋白氨基酸,研究外场下它的结构和光谱特征有助于人们更好地认识L-茶氨酸分子的性质.基于密度泛函理论,利用B3LYP方法,在6-311g(d,p)基组水平上对L-茶氨酸分子进行几何构型优化,在此基础上计算L-茶氨酸分子在不同外电场下(0～0.0125 a.u.)的分子各键长与振动频率,得到对应的红外光谱.同时,在相同的基组下采用含时密度泛函方法(TD-DFT)计算外电场对分子的激发态、前线轨道和能隙的影响.结果表明:分子结构及其紫外、红外光谱都随外电场强度发生变化.随外电场的增加,伸缩振动频率红移,弯曲振动频率蓝移;最高占据轨道的能量(E_(HOMO))与最低空轨道的能量(E_(LUMO))发生改变,前线轨道能隙先小幅增加后随电场减小,分子活性先减小后增强;紫外吸收光谱先蓝移后红移.本研究对L-茶氨酸分子的检测、合成及其生物活性的研究可提供理论依据.     

外电场作用下SF6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况。结果表明：X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂。     

外电场作用下SF_6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF_6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF_6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况.结果表明:X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂.     

强外电场作用下CCl3F物理特性与光谱

运用密度泛函理论在6-311++G（d,p）基组上进行优化并在x轴方向增加电场（F=-0.025~0.025 a.u.）,对CCl₃F分子结构、偶极矩、总能量、电荷分布和能隙、C-Cl键特征吸收峰进行研究.结果表明：随着外场强度的增加,C-Cl键键长逐渐减小,偶极矩先减小后增大,总能量先增大后减小,Cl原子的电荷分布逐渐增大,当F=-0.015 a.u.时,由负电性转变为正电性,达到新的亲核亲电反应作用点.而能隙在没有外加电场时也达到最小值,此时最容易发生电场降解反应.C-Cl键的红外特征吸收峰随着负电场的增强出现蓝移.     

Surface reconstructions on InN and GaN polar and nonpolar surfaces

We report a systematic and comprehensive computational study of surface reconstructions on GaN and InN surfaces in various orientations, including the polar c plane as well as the nonpolar a and m planes. For GaN we have identified several new metallic reconstructions under highly Ga-rich conditions on the nonpolar planes. For InN we find several distinct differences from the GaN case: the absence of a nitrogen-adatom reconstruction on the (0 0 0 1) plane; the presence of a single, metallic reconstruction over the entire stability range on the plane; and In-adlayer reconstructions on the (m) plane. An interesting “inverted polarity” defect structure on the (m) plane is also revealed.     

Structural stability and electronic structure of iron adsorption on the GaN(0 0 0 1) surface

In this work, we have investigated by means of first-principles spin-polarized calculations, the electronic and magnetic properties of iron (Fe) adsorption and diffusion on the GaN(0 0 0 1) surface using density functional theory (DFT) within a plane-wave pseudopotential scheme. In the surface adsorption study, results show that the most stable positions of a Fe adatom on GaN(0 0 0 1) surface are the H3 sites and T4 sites, for low and high Fe coverage respectively. We found that the Fe-H3 2 × 2 surface reconstruction exhibits a half-metallic behavior with a spin band gap and stable ferromagnetism ordering, which is a desirable property for high-efficiency magnetoelectronic devices. In addition, confirming previous experimental results, we found that the iron monolayers present a ferromagnetic order and a large thermal stability. This is interesting from a theoretical point of view and for its technological applications.     

Computational study of adsorption, diffusion, and dissociation of precursor species on the GaN (0 0 0 1) surface during GaN MOCVD

The adsorption, diffusion, and dissociation of precursor species, MMGa (monomethylgallium) and NH₃, on the GaN (0 0 0 1) surface have been investigated using the DFT (density functional theory) calculation combined with a GaN (0 0 0 1) surface cluster model. The energetics of NH₃(ad) dissociation on the surface proposed of NH₃(ad) via NH₂(ad) to NH(ad) was facile with small activation barriers. A combined analysis with surface diffusion of adatoms demonstrated Ga(ad) and NH(ad) become primary reactant species for 2D film growth, and N(ad) develops into a nucleation center. Our studies suggest the control of NH₃(ad) dissociation are essential to improve epitaxial film quality as well as Ga-rich condition. In addition, the adsorbability of H(ad)s resulted from NH₃(ad) dissociation were found to influence on the surface chemistry during film growth.     

外电场作用下黄曲霉素B1的分子结构和光谱

利用密度泛函（DFT）理论,在B3LYP/6-311G基组水平上研究外电场（0~0.015 a.u.）作用下黄曲霉素B₁（Aflatoxin B₁,AFB₁）分子的总能量、偶极矩、键长、HOMO-LUMO能隙、红外光谱.在优化构型的基础上,利用含时密度泛函（TDDFT）方法研究紫外可见吸收光谱和激发态的变化.结果表明：在CO键方向上加电场,外电场逐渐增大时,AFB₁分子的总能量逐渐增大,偶极矩逐渐减小.电场对不同的键长影响不同.能隙随外电场逐渐增大而减小,红外光谱吸收峰出现红移或蓝移,紫外可见吸收光谱的两个吸收峰发生不同的移动,但总的谱线集中在近紫外光区.分子各个激发态的激发能在外电场逐渐增大时逐渐减小,表明分子结构越来越不稳定.