低密度氢气的分子间平均相互作用势理论和计算

本文提出了分子单中心模型,并通过对构型的平均,两个定理的提出与证明,色散能修正的证明,从数学上论证了这个模型的合理性。由此模型可以直接求出两个氢分子间的平均相互作用势,从而改变了长期以来,总是先算有限几种构型然后再作平均的传统作法。通过数字计算,得到了迄今为止最好的全程平均相互作用势曲线。势阱深度及平衡分子间距分别为-2.91meV和3.44(实验值:-2.85～-3.00meV,3.43～3.49)。     

高温高密度条件下氢分子间三体与四体相互作用

 为描述高温高密度条件下氢分子间复杂的多体相互作用，以Ree和Bender对两个氢分子间平均作用势的CI计算结果为基础，提出一种可以描述旋转氢分子外域电子云分布的等效氦原子模型。采用该模型所计算的氢分子三体势与CI计算结果符合较好。还对氢分子间四体势进行了计算。     

三阶色散影响下皮秒孤子间的相互作用

对色散位移光纤中三阶色散影响下皮秒孤子之间的相互作用进行数值计算,结果表明该类光纤中孤子之间的相互作用比常规光纤中严重,前者对通信系统性能的影响比后者更大。为此,本文还就色散位移光纤孤子间相互作用的抑制问题提出了新的建议。     

儿茶素-胸腺嘧啶分子间相互作用模式的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G*基组水平上研究了儿茶素-胸腺嘧啶分子间相互作用机制,得到稳定的儿茶素-胸腺嘧啶复合物13个,并且复合物形成了2个或更多的氢键. 另外,在相同机组水平上进行了振动分析,结果表明儿茶素-胸腺嘧啶复合物间存在N-H…O、C-H…O、O-H…O三种类型氢键,氢键对于复合物的稳定性起着重要的作用. 应用了分子中的原子理论和自然键轨道理论对这13种复合物中氢键的性质和特征进行了分析. 发现所有的氢键复合物进行基组重叠误差校正后的相互作用能为-18.15～-32.99     

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.     

含能双环HMX衍生物分子设计的密度泛函研究

运用DFT-B3LYP/6-311G(d,p)方法,计算了所设计的三种双环HMX（2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷）衍生物分子。基于理论晶体密度和固态生成热计算衍生物分子的爆轰性能;通过前线轨道能与特征高度（h50）评价衍生物分子的感度。结果表明,理论晶体密度均高于1.90 g.cm-3,爆速高于9.0 km.s-1,爆压约为40 GPa。三种双环HMX衍生物分子是潜在的高能量密度材料。     

色散作用能的推导

对两个振动频率与极化系数不同的三维振子的色散作用能给出了一种简明的推导。     

TATB分子的结构及分子间相互作用

采用Hartree-Fock方法和密度泛函BPW91方法,对TATB双分子系统的几何结构和能量进行了优化和计算,得到双分子共平面的平衡结构.结果表明在TATB分子内部H和O之间存在着明显的氢键.分子之间的相互作用使TATB分子的对称性下降.一般地,没有充分计入分子之间的相互作用的影响时,计算得到的C-N键长比实验测得值大,而计算得到的C-C键长比实验测得值小.计算并讨论了TATB分子之间的相互作用能,表明TATB分子形成晶体结构时,应当以层状晶体结构最为稳定.     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息. 这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2相似文献   

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息.这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2NH3COCH3NOHOHCH2CNSONCHC.在所有的原子中,O原子倾向于吸附在桥位,而其余的原子则倾向于吸附在空位.除N2之外的分子吸附物(CO、NO、NH3),最佳吸附位点均为四重空位,而N2的最稳定吸附位置为顶位.对于自由基吸附物(CH、CH2、CN、OH)而言,它们倾向于吸附在四重空位,而CH3则稳定吸附在桥位.     

碳化硅表面氢气吸附机理研究

在CVD沉积SiC过程中,载气体H2与沉积SiC基体表面的反应影响沉积速率和沉积产物品质,因此研究这些微观反应机理具有十分重要的科学意义和工程价值。本文基于第一性原理研究了H2在3C-SiC(111)（硅原子暴露面）和3C-SiC(-1-1-1)（碳原子暴露面）面的吸附位置、吸附能、电子结构和覆盖率等吸附情况。发现H2倾向于吸附在3C-SiC(111)面,H原子的最稳定吸附位为OT位（顶位）且属于化学吸附。H2在吸附时会自发解离为两个H原子,以双顶位形式吸附在两个相邻的Si原子上。该过程中基体表面Si原子的电子向H偏移,此时两者的主要相互作用源于Si原子的p轨道和H的s轨道的重叠杂化。通过计算氢气在表面的覆盖率,发现吸附能随着覆盖率的增大而增大,在低H覆盖率(θH≤4/9 ML)下,H原子之间存在着较强的吸引力,随着H覆盖率的增加(θH＞4/9 ML),H原子之间排斥力逐渐增大,吸附能增加趋缓,整体结构更加稳定。     

Comparison of the third-order dispersion terms of interaction between chiral molecules

Using a quantum electrodynamic approach, the coupling between chiral molecules derived from the exchange of three virtual photons of the electric dipole type is investigated. The resulting interaction potential, which involves the first nonlinear polarizability of the molecules, is compared with a previously derived interaction potential involving the optical activity of the molecules; the latter is accounted for by the exchange of two virtual photons, one being electric dipolar and the other being electric quadrupolar or magnetic dipolar. The symmetry properties of the new term is considered and its quasi-static limit is derived. It appears that the two interaction terms, which both are third-order dispersion processes, might have the same order of magnitude; thus none can a priori be neglected and both might equally contribute to the possibility of a helical ordering.     

密度泛函理论研究纯的及不同掺杂原子石墨烯和CaH_2分子相互作用

本研究采用密度泛函理论研究了纯的及V,Fe,Ni,Pd,Si,P,S和Cl掺杂原子的石墨烯和CaH_2分子之间相互作用.研究结果发现CaH_2分子与所有石墨烯表面均具有较大的相互作用,而CaH_2分子与掺杂石墨烯相互作用都大于与纯石墨烯的相互作用,在所有掺杂原子中,其中与Pd掺杂石墨烯具有最大的相互作用,S次之,其它掺杂石墨烯与CaH_2分子相互作用能力相差不大.这些结果表明虽然所有石墨烯均有助于CaH_2中H原子的脱附,但掺杂石墨烯脱附能力仍然大于纯的石墨烯.在掺杂原子中,Pd和S掺杂石墨烯对CaH_2中H原子的脱附效果最好,其它的掺杂原子脱附效果相差不明显.此研究结果将有望为CaH_2分子在石墨烯基材料中吸氢-脱氢行为提供有用的理论参考价值.     

密度泛函理论研究纯的及不同掺杂原子石墨烯和CaH2分子相互作用

本研究采用密度泛函理论研究了纯的及V, Fe, Ni, Pd, Si, P, S和Cl掺杂原子对石墨烯和CaH2分子之间相互作用. 研究结果发现CaH2分子与所有石墨烯表面均具有较大的相互作用, 而CaH2分子与掺杂石墨烯相互作用都大于与纯石墨烯的相互作用, 在所有掺杂原子中, 其中与Pd掺杂石墨烯具有最大的相互作用, S次之, 其它掺杂石墨烯与CaH2分子相互作用能力相差不大. 这些结果表明虽然所有石墨烯均有助于CaH2中H原子的脱附, 但掺杂石墨烯脱附能力仍然大于纯的石墨烯. 在掺杂原子中, Pd和S掺杂石墨烯对CaH2中H原子的脱附效果最好, 其它的掺杂原子脱附效果相差不明显. 此研究结果将有望为CaH2分子在石墨烯基材料中吸氢-脱氢行为提供有用的理论参考价值.     

A density functional theory and quantum theory of atoms in molecules study on hydrogen bonding interaction between paracetamol and water molecules

To consider the hydrogen bonding interactions between paracetamol and water molecules, probable complexes of paracetamol from three active sites (carbonyl oxygen atom, hydroxyl oxygen atom, and nitrogen atom) with H₂O molecule were formed. The optimized geometries and total energies have been obtained at the B3PW91/6-31+G(d, p) level of theory. Comparison of hydrogen bond lengths and the energies of complexes showed hydrogen bond that form between the oxygen atom of the carbonyl group and hydrogen atom is stronger than others. Moreover, an increase in the number of hydrogen bonds increases stability of paracetamol-water complexes. At the end, the QTAIM was applied to explain the nature of the hydrogen bonds and confirm the more stability by complexation.     

氢分子在Na2Al6团簇上的吸附和解离性能

氢的物理和化学吸附是氢存储的基本形式,而H₂分子的解离能垒是决定可逆储氢动力学性能的重要因素.纳米团簇是研究材料储氢性能的重要物质层次,研究氢与Na-Al团簇的相互作用性质能够了解纳米尺度的Na-Al氢化物的储氢性能.本文利用密度泛函理论,计算研究了H₂分子在较小的合金团簇Na₂Al₆上的吸附与解离性能.结果表明H₂分子在Na₂Al₆团簇上是弱的物理吸附,但很容易发生解离.氢分子的解离能垒很低,解离可以在环境温度下发生,纳米结构的Na₂Al₆团簇具有良好的化学储氢性能.     

First-principle study of the hydrogen bonds in a thin film of phthalocyanine molecules

The nature and the strength of intermolecular contacts involved in molecular self-assemblies on a substrate strongly depend on the surrounding functional atoms. Recently, it has been shown that deposition of chlorine-zinc-phthalocyanine (ZnPcCl₈) molecules on Ag(1 1 1) leads to a compact arrangement governed by the activation of a Cl ? H-C bond network. A detailed theoretical study of these contacts based on first-principle density functional calculations and topological analysis of the electron density is reported in this paper. This study reveals that the mechanism of the Cl ? H-C contacts is similar to that of weak hydrogen bonds.     

Modelling the energy gap in transition metal/aluminium bilayers

We present an application of the generalised proximity effect theory. The theory has been used to determine the energy gap (Δ_g) in proximised transition metal/aluminium bilayer structures such as Nb/Al, Ta/Al, V/Al and Mo/Al. These bilayers have different film thicknesses ranging from 5 to 260 nm. For the cases of Nb/Al, Ta/Al and V/Al bilayers, the interface parameters γ and γ_BN (here we define γ as the ratio of the products of normal state resistivity and coherence length in each film of the bilayer while γ_BN is the ratio of the boundary resistance between films 1 and 2 to the product of the resistivity and coherence length in the second film), which were used as input parameters to the model, were inferred experimentally from an existing bilayer of each kind and then suitably modified for different film thicknesses. This experimental assessment is therefore based on a comparison of measurements of the critical temperature and the energy gap at 300 mK with the predictions from the model for various values of γ, γ_BN. The energy gap of the bilayer was experimentally determined by using symmetrical superconducting tunnel junctions (STJs) of the form S–Al–AlO_x–Al–S, where each electrode corresponds to a proximised bilayer. However for the case of Mo/Al bilayers the interface parameters were determined theoretically since currently no STJ data for this configuration are available. The results for the Nb/Al, Ta/Al and V/Al bilayers have also then been compared to experimentally determined energy gaps found for a series of STJs with different film thicknesses. The correspondence between experiment and theory is very good.