钾离子通道布朗动力学研究

结合钾离子通道的三维精细结构,从第一性原理出发,在充分考虑电子相互作用的基础上,采用密度泛函方法计算得到了钾通道的位能曲线;以此作为钾通道布朗动力学模型的力场参数,应用布朗动力学方法研究了钾离子通道的动力学特征,得到了一些有益的结果。In the paper, based on the first principle and the X-ray structure of the potassium ion channel, the potential curve is calculated by the density functional theory. And forced by the potential, the dynamical properties of K channels are also studied.     

DNA与组蛋白相互作用的布朗动力学研究

在真核生物中,DNA按左手手征性的方式,缠绕在组蛋白八聚体的周围,形成稳定的核小体结构.文章作者运用布朗动力学,数值模拟了DNA与组蛋白相互作用最终形成核小体的动力学过程,揭示了DNA与组蛋白相互作用的详细图景,并提出了组蛋白八聚体旋转模型,以解释这一过程.文章作者还计算了组成核小体的DNA在受到拉伸力时,组蛋白被从核小体中剥离下来的动力学过程,得到了组装和剥离过程的详细图像,给出了与前人单分子实验一致的拉伸力与拉伸长度的关系曲线和拉伸台阶.此外,还通过建立的组蛋白手征性模型,模拟了核小体手征性的形成过程,发现DNA的缠绕方向强烈依赖于组蛋白的手征性,显示出环境温度对核小体手征性有重要影响.     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311++G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-p VTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物(六种氢键复合物和六种分子-离子复合物),并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311+ +G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-pVTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物（六种氢键复合物和六种分子-离子复合物）,并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

儿茶素与脱氧腺苷相互作用的理论研究

本文采用密度泛函理论的M05方法,在6-311+G**基组水平上对建模的儿茶素-脱氧腺苷复合物进行几何结构的优化,得到了13个稳定的儿茶素-脱氧腺苷复合物.应用了自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子理论(AIM)进行研究,氢键临界点电荷密度,拉普拉斯值,糖基扭转角!,假扭转角P等数据进行辅助研究,对这13种复合物中氢键的特征与性质进行了分析,还考虑了溶剂化效应对儿茶素与脱氧腺苷相互作用的影响.计算结果表明氢键对于复合物的稳定性起着非常重要的作用,而氢键的类型以及键级的大小共同影响着复合物的稳定性.所有的复合物进行基组重叠误差(BSSE)校正,相互作用能主要来自氢键贡献.通过计算结果分析比较,进而在理论上为儿茶素类药物的设计、修饰﹑合成和筛选提供有价值的信息.     

甲醛与乙腈相互作用的理论研究

在HF/ 6 311G(d ,p)、MP2 / 6 311G(d ,p)和B3LYP/ 6 311G(d ,p)水平上 ,对H2 CO和CH3 CN以及设计的 4种结构H2 CO…CH3 CN复合物等进行几何全优化和振动频率计算 ,排除振动频率为负值的非局域极小点结构 ,并对稳定的环状构型复合物结合能进行基组重叠误差校正和零点振动能校正 .分子间相互作用的能量分解分析显示 ,静电能在H2 CO…CH3 CN相互作用能量中占主导地位 ,电荷转移能居第二位 .     

FC(O)O自由基与NO反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上研究了FC(O)O自由基与NO反应的微观机理,全参数优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,在CCSD(T)水平上计算了它们的能量,振动分析结果证实了中间体和过渡态的真实性,从对FC(O)O与NO的反应机理的研究结果看,FC(O)O与NO反应为4条反应通道多步反应过程,其反应的主要通道是FC(O)O+NO→M3→TS6→M5→FNO+CO₂,其主要产物是自由基FNO和CO_{2关键词： 密度泛函理论 反应机理 反应通道}     

紫草素与胞嘧啶相互作用的理论研究

采用密度泛函理论的M06方法在6-311++G**基组水平下对紫草素-胞嘧啶复合物进行了结构优化,得到了14个稳定的紫草素-胞嘧啶复合物。我们还应用了分子中的原子(AIM)理论和自然键轨道(NBO)理论对这14个复合物中的氢键的性质和特征进行了分析。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、二阶稳定化能的计算和分析,发现复合物1的结构是最稳定的。     

石墨烯与二氧化氮的吸附特性研究

由于石墨烯的二维结构以及其超高的比表面积,因此石墨烯可以感应到一个分子量级的变化,这使得其在气体传感方面具有很大的优势.文章通过计算和分析了石墨烯与二氧化氮的系统的能带结构,态密度和电荷分布情况来说明石墨烯吸附二氧化氮后的特性变化.这有助于进一步了解了石墨烯的特性,同时进一步推动石墨烯传感的发展.     

非迭代冻结密度近似方法在计算氢键相互作用的合理性研究

为计算相互作用较弱的分子碎片之间的耦合能,Harris从密度泛函理论出发,提出了一种简化方法,即冻结密度近似(FDA)方法.对该方法在描述分子间氢键作用的合理性进行了验证.对水分子间的HO┉H氢键、甲酰胺与水分子间的NH┉O氢键、二氟甲烷和水分子间的OH┉F氢键,以及DNA中的碱基(AT,GC)之间的N—H┉O,N—H┉N等类型的氢键的计算表明:若电子交换关联采用非定域自旋密度近似,FDA的计算结果同其他abinitio方法的计算结果以及实验结果都符合得很好.FDA在计算过程中既不需要求解泊松方程,也不需要进行反复的自洽迭代,所以运算速度较快,在研究生物大分子体系中的氢键相互作用方面具有一定的使用价值 关键词： 冻结密度近似 氢键 密度泛函     

半导体性单壁碳纳米管与其石墨衬底表面相互作用的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的计算方法,研究了处于石墨（HOPG）表面的半导体性单壁碳纳米管,发现碳纳米管下面的石墨受碳管的作用向下凹陷,而纳米管本身虽然保持其形状不变,但它的电子态受石墨衬底影响,造成导带下移,禁带宽度明显减小. 关键词： 单壁碳纳米管 密度泛函理论 局域密度近似方法     

Aun(n=2,3,4)团簇与乙醇分子相互作用的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了Au_n(n=2,3,4)团簇与乙醇分子的吸附机理.研究结果表明:Au_n(n=2,3,4)团簇分别能够吸附1到n个乙醇分子,生成Au_n-(C₂H₆O)_1-n配合物;Au₄团簇吸附乙醇分子有多种构型,通过分析吸附能和Mulliken电荷分布,确定了4个乙醇分子的吸附顺序及相应的稳定构型;Au_n(n=3,4)团簇在吸附最后一个乙醇分子时改变了前面Au—O成键的作用模式,而是选择Au—H成键;作为吸附主体的金团簇和被吸附的乙醇分子在吸附前后构型变化都很少,它们之间的吸附作用为弱相互作用. 关键词： 金团簇 乙醇分子 密度泛函理论     

First-principles calculation of structural stability,lattice dynamic and thermodynamic properties of BeX (X = S,Se and Te) compounds under high pressure

The phase transitions, lattice dynamical and thermodynamic properties of BeS, BsSe and BeTe at high pressure have been investigated with the density functional theory. The calculated equilibrium structural parameters agree well with the available experimental and theoretical values. The phase transition pressures from the zinc-blende (ZB) to the nickel arsenide (NiAs) phase of these compounds are determined. The calculated phonon dispersion curves of these compounds in ZB phase at zero pressure do not show any anomaly or instability. Dynamically, the ZB phase of BeS, BeSe and BeTe is found to be stable near transition pressures P_T. Within the quasiharmonic approximation, the thermodynamic properties including the thermal expansion coefficient, heat capacity at constant volume, heat capacity at constant pressure and entropy are predicted.     

基于第一性原理的含空位a-Fe和H原子相互作用研究

氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题,掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理.本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况,得到了晶体的稳定构型及能量,并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向;从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用.结果表明:间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位,其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化;空位是强氢陷阱, H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面.在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子,且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向;间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化,并在局部区域形成反键.基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析,分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式, H平衡溶解度计算结果与实际符合良好.     

短醚链与异辛烷分子间相互作用的密度泛函研究

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了聚氨酯分子中短醚链与异辛烷的相互作用。结果表明：异辛烷在短醚链各个O原子上发生物理吸附,在3号O原子上的吸附热为-0.16 KJ/mol,吸附距离为26.37 nm,在6号O原子上的吸附热为-0.15 KJ/mol,吸附距离为27.10 nm;分子间相互作用为范德华力,其中偶极矩-偶极矩相互作用为零,诱导力相对较弱,色散力相对较强;吸附后异辛烷在3044.39 cm-1 处的吸收峰消失,吸附对5号C原子处的H-C-H不对称伸缩振动起到了很强的抑制作用。     

短醚链与异辛烷分子间相互作用的密度泛函研究

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了聚氨酯分子中短醚链与异辛烷的相互作用.结果表明:异辛烷在短醚链各个O原子上发生物理吸附,在3号O原子上的吸附热为-1.6 KJ/mol,吸附距离为0.2637 nm,在6号O原子上的吸附热为-1.5 KJ/mol,吸附距离为0.2710 nm;分子间相互作用为范德华力,其中偶极矩-偶极矩相互作用为零,诱导力相对较弱,色散力相对较强;吸附后异辛烷在3044.39 cm-1处的吸收峰消失,吸附对5号C原子处的H-C-H不对称伸缩振动起到了很强的抑制作用.     

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.     

高压对氮化硼纳米管的几何结构、电子结构和光学性质的影响

运用密度泛函理论平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算研究了纳米管BN(5,5)在不同压力条件下的几何结构、电子结构和光学性质. 在高压条件下管口形状发生了较大的变化. 与闪锌矿结构BN比较分析发现两种结构间存在一些性质上的差异：首先,在外压力作用下,BN(5,5)纳米管的带隙随压力增大而减小,变化率为-0.01795eV/GPa,而闪锌矿结构BN随压力增大而增大;其次光吸收谱在压力条件下,没有和闪锌矿结构BN一样发生“蓝移”,相反在红外方向有所拓展;但纳米管BN(5,5)电子的转移方向和 关键词： 氮化硼纳米管 密度泛函理论(DFT) 电子结构