烯丙醇与臭氧反应机理的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论的MPW1K,BHandHLYP和MPWB1K方法,结合6-31+G(d,p)基组优化了烯丙醇与臭氧反应势能面上各驻点的几何构型,通过同一水平的振动频率分析确认了中间体和过渡态.反应路径上的驻点都在HL理论水平下进行单点能量校正,并进行了MPW1K/6-31+G(d,p)水平下的零点振动能校正(ZPE).对反应机理的详尽分析表明臭氧抽取烯丙醇羟基基团中H的通道的反应势垒比臭氧加合烯丙醇双键基团通道的反应势垒高,臭氧与烯丙醇双键加合生成臭氧化物为最可几反应路径.在加合反应历程中,氢迁移通道需经过氢迁移和离解等复杂过程,最终要产生少量的OH自由基,与烃烯类臭氧化反应产生大量OH自由基的结果相反.     

单线态卡宾衍生物与臭氧反应机理的密度泛函数理论研究

用密度泛函理论中B3LYP方法,在6-31G(d)水平上优化了单线态卡宾衍生物(CX~2,X=F,Cl,Br)与臭氧反应过程中驻点的几何构型,通过振动分析对反应过渡态和中间体构型进行确认,对单点进行了CCSD(T)/6-31G(d)计算,并进行了零点能(ZPE)校正,同时对反应绝对速率常数进行了理论计算,研究结果表明：相对CF~2和CCl~2而言CBr~2对臭氧的损耗较大,卡宾衍生物与臭氧反应过程均为强放热反应。     

DFT方法研究酸性沸石上苯与乙烯烷基化反应的机理

采用B3LYP/6-31G*水平计算来研究酸性沸石上苯与乙烯的烷基化反应历程,从生成能和反应活化能角度分析并讨论了苯与乙烯的反应机理.选取4T簇模型模拟分子筛的酸性位,使用密度泛函理论对烷基化反应三种不同的反应机理(两个联合反应机理和一个分步反应机理)进行计算分析.结果表明,在联合反应机理中,乙烯的质子化和苯与乙烯间C-C键的形成同时发生;分步反应机理中,首先形成一个稳定的乙醇盐中间物种,然后与苯分子反应形成乙苯.联合机理速控步骤的活化能约为160kJ/mol,分步机理速控步骤的活化能为190.24kJ/mol,因此,酸性沸石上苯与乙烯烷基化反应机理主要以联合机理为主,但分步机理与其有一定程度的竞争。     

单线态卡宾衍生物与臭氧反应机理的密度泛函数理论研究

用密度泛函理论中B3LYP方法,在6-31G(d)水平上优化了单线态卡宾衍生物(CX~2,X=F,Cl,Br)与臭氧反应过程中驻点的几何构型,通过振动分析对反应过渡态和中间体构型进行确认,对单点进行了CCSD(T)/6-31G(d)计算,并进行了零点能(ZPE)校正,同时对反应绝对速率常数进行了理论计算,研究结果表明：相对CF~2和CCl~2而言CBr~2对臭氧的损耗较大,卡宾衍生物与臭氧反应过程均为强放热反应。     

O(3P)+O2H→OH+O2反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了O(3P)与O2H反应生成羟基和氧分子的反应机理. 在PW91/6-31+G水平上用梯度解析技术全自由度优化上述反应物、产物和反应路径上的中间体及过渡态几何构型, 并通过频率振动分析加以确认, 计算IRC反应路径及中间体异构化过程, 确定了此反应的可能反应通道. 结果表明: 该反应是多通道多步骤的强放热反应. 首先形成顺式或反式O3H富能中间体, 此过程无能垒; 然后跨过一个能垒分解成产物OH和O2. 通道IM1→TS1比IM2→TS2克服的能垒要大, 反应放热372.822 kJ*mol-1. IM1TS3IM2 可相互转化.     

乙烯基自由基(C2H·3)与羟基自由基(OH·)反应势能面的理论研究

在QCISD（T）/6-311G（2df,p)//B3LYP/6-311G（d,p)水平上对自由基反应C2H3^. OH^.进行了计算，结果表明，经过缔合、多步H转移、CH3转移和离解等复杂过程，最终要得到8种产物（P1-P8），茯中产物P2（H2CCO H2）和P6（CH3CO^. H^.）是主要产物。本文得到的CH2CHOH（1或1‘），CH3CHO（2）和CH3COH（3）之间的过渡态TS1/2，TS1‘/3和TS2/3的能量顺序与Wesdemiotis等的实验推测相反，而与Smith等的计算结果一致。     

CIO自由基与CN自由基反应的密度泛函理论研究

应用量子化学从头算和密度泛函理论（DFT）对CIO与CN的双自由基反应进行了研究．结果表明,CIO自由基的O原子进攻CN自由基的C原子是主要的进攻方式,并形成了中间体1 CIOCN．随后,中间体1发生异构化和分解反应得到热力学上可行的3种产物P4（CINCO）,P1（CO＋CIN）和P3（NO＋CCl）．其中P4是主要产物,P1和P3是次要产物．与单态势能面上相比,三态势能面对整个反应的贡献可以忽略．     

单态卡宾与臭氧反应机理的量子化学研究

为了研究单态卡宾与臭氧反应机理,本文采用密度泛函理论Gaussian-3方法(G3B3)优化了反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型。探讨了单态卡宾与臭氧反应可能途径,并通过频率分析对过渡态和中间体进行了验证,研究结果表明：单态卡宾与臭氧反应有两条反应通道,分别具有亲核反应和亲电反应特征,相对而言亲核反应通道较易发生,且为强放热反应。     

气相中La催化乙烯脱氢及C-C键耦合的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了气相中过渡金属La在二、四重态势能面上催化C2H4的反应机理。全参数优化了二、四重态势能面上各个驻点的几何构型,同时对过渡态进行了频率分析,使用内禀反应坐标（IRC）方法验证了过渡态的准确性,通过AIM理论和NBO分析方法对主要的驻点进行了键分析,并对2IM1、2IM3进行了态密度分析。结果表明：La与C2H4的反应存在两种可能的路径,反应在二重态势能面上进行且均为放热反应。键分析表明初始复合物中La与C2H4分子之间为共价作用。     

金(I)配合物催化乙烯加氢的反应机理

采用密度泛函理论B3LYP方法, 对两类金(I)配合物AuX (X=F, Cl, Br, I)和AuPR₃⁺(R=F, Cl, Br, I, H, Me,Ph)催化C₂H₄加氢反应的机理进行了理论研究. 计算显示Au(I)配合物对C₂H₄氢化具有较好的催化效果, 其作用下的加氢反应存在“活化H―H键后再与C₂H₄反应”和“活化C＝C键后再与H₂反应”两种途径, 前者的活化能较后者低90-120 kJ·mol^-1, 因而具有明显的能量优势. 研究表明AuPR₃⁺ 的催化能力明显强于AuX. 此外, X/PR3基团供、吸电子能力的变化对配合物的催化能力也具有较为显著的影响. 电子结构分析显示Au(I)配合物在C₂H₄ 加氢反应中不仅能够削弱H―H、C＝C 键的强度, 还使H₂ σ_H―H^*、C₂H₄ π_C＝C^* 轨道能级下降, 从而缩小了π_C＝C-σ_H―H^*或σ_H―H-π_C＝C^*轨道间的能级差, 促进了C₂H₄-H₂反应中的电子离域, 从而降低禁阻反应发生的难度.σ_H―H^*、π_C＝C^*轨道能级改变量与加氢反应活化能E_a的降低值之间存在较好的一致性关系, 因此使上述轨道能级下降幅度越大的Au(I)配合物可以获得较好的催化效果.     

Theoretical Studies on Reaction Mechanisms of HNCS with NH (X3∑)

The reaction mechanisms of HNCS with NH(X3∑) were theoretically investigated. The minimum energy paths (MEP) of the reaction were calculated by using the density functional theory(DFT) at the B3LYP/6-311 G** level. The equilibrium structural parameters, the harmonic vibrational frequencies, the total energies, and the zeropoint energies(ZPE) of all the species were calculated. The single-point energies along the MEP were further refined at the QCISD(T)/6-311 G** level. It was found that the mechanisms of the HNCS NH(X3∑) reaction involve two channels producing the HNC HNS and the N2H2 CS products. Channel 1 plays a dominant role and the HNC HNS are the main products. The reaction is exothermic.     

Br2+2HI=2HBr＋I2应机理的密度泛函理论

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，取3-21G**基组研究了气相反应Br2＋2HI=2HBr＋I2的机理，求得一系列四中心和三中心的过渡态.双分子基元反应Br2＋HI→HBr＋IBr和IBr＋HI→I2＋HBr的活化能(81.02和121.08 kJ•mol－1)小于Br2、HI和IBr的解离能(249.21、320.16和232.42 kJ•mol－1)，故从理论上证明了标题反应将优先以分子与分子作用形式分两步完成.同时发现I原子与Br2分子反应生成较稳定的IBr2是一个无能垒过程，IBr2分解为IBr和Br原子的能垒为70.88 kJ•mol－1.     

羟基自由基和鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对反应的密度泛函理论研究

为了解决年龄衰老、基因突变和癌症等问题, 理解DNA的氧化损伤机理非常重要. 本文利用密度泛函方法和极化连续介质模型在液相条件下研究了羟基自由基夺取鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)碱基对上5 个氢原子的反应机理. 研究结果表明, 所有的脱氢反应路径都是放热过程, 热力学上五个脱氢反应路径形成自由基的稳定性顺序是(H2b-GC)^·>(GC-H4b)^·>(GC-H6)^·>(GC-H5)^·~(H8-GC)^·, 其中H2b反应路径的能量变化最大, 说明该反应平衡时的转化率最高. 动力学上, 相对于反应复合物的局部反应能垒大小顺序是H2b     

SiH3与NO2反应机理的理论研究

The reaction between silyl radicals and nitric oxide was studied by using the B3LYP/6 311G and the high-level electron-correlation CCSD(T)/6-311G methods. The geometries for reactants, the transition states and the products were completely optimized. All the transition states are verified by the vibrational analysis and the intrinsic reaction coordinate (IRC) calculations. The results show that the reaction is via multi-channel and multi-step. Five products may be formed via the complex reaction channels, i.e. association, H-shift and dissociation.     

中性水杨醛亚胺镍催化烯烃聚合反应链引发机理的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT),以乙烯为模型,在B3LYP/LANL2MB水平上研究了中性水杨醛亚胺镍催化烯烃聚合反应链引发机理.通过几何构型全优化,得到了链引发阶段的反应物、产物、中间体和过渡态的最可几构型.由于该催化剂中,与中心原子N i相联接的配体不对称性,使得反应存在两条可能路径(路径A甲基位于N i—O键的对位,路径B甲基位于N i—N键的对位).分别对这两条路径进行了分析和比较.结果表明反应并不只是简单地按一条路径进行,而是通过相互竞争,最终使反应在两条路径间转换,形成一条在能量上最为有利的反应途径.     

在Rh(111)面上NO+CO反应机理的密度泛函理论研究

应用基于密度泛函理论赝势平面波方法的CASTEP程序, 对Rh(111)上的NO+CO反应机理进行研究. 对于反应中的各个关键步骤: NO离解、CO2生成、通过N2O离解生成N2以及通过N+N反应生成N2都进行了详细讨论, 计算得到各反应步骤的过渡态以及活化能, 从而确立了各步骤的反应路径.     

甲醇在Ru(0001)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,以原子簇Ru15为模拟表面,对甲醇在理想的Ru(0001)面三种吸附位置(top,fcc,hcp)的吸附模型进行了几何构型优化,能量计算,Mu lliken布局分析以及振动频率计算,结果表明顶位为最有利的吸附位.这些变化与实验观察到的甲醇在过渡金属表面解离的结果相一致.同时通过对吸附过程的分析推测其可能的解离途径.     

镱硫属化合物的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究镱硫属化合物的电子结构和性质,通过与实验比较考察了现有的几种近似密度泛函公式对镧系元素化合物的适用程度和相对论效应的影响.结果表明,用DFT计算的YbO键长对实验值的偏差约为0.002nm;但得到的键能即使在考虑梯度校正和相对论效应之后,仍比实验值高,在定域密度近似基础上引入交换梯度校正使键能计算值减小,其中PW86x使键能计算值减小稍多些,结果更接近实验值;相关梯度校正使键能计算值升高.相对论效应使键长缩短0.004～0.006nm,键能减小约0.5eV.计算结果的分析表明,Yb的5d轨道和配体的np轨道间形成σ键和π键.在所研究的分子体系中,配体原子从O到Te、Yb原子的5d轨道布后数依次减少,同键能减弱的顺序一致.相对论效应使键能减小的主要原因是在成键过程中发生了Yb的6s电子向5d轨道的转移,而相对论效应使该过程能量增加.偶极矩和电荷分布的计算表明,Yb-L键以共价性为主,相对论效应使共价性成份增加.     

Ag在MgF2(010)表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势法, 对MgF2(010)面及吸附Ag的构型进行了优化, 并计算了MgF2(010)面吸附Ag体系的吸附能、 电子结构和光学性能. 结果表明, MgF2(010)面能隙低于体相, 态密度分裂, 出现表面态. Ag在MgF2(010)面的吸附属于稳定的化学吸附, 最佳吸附位为最外层F的四重穴位. 吸附机理主要表现为Ag的4p轨道与第二层的Mg的2p和3s轨道之间发生相互作用, 有少量电荷从Ag向Mg迁移. 吸附Ag后, 可见光波段的光吸收增加, Ag吸附后将使体系在可见光波段出现吸收峰.