Au_7团簇吸附O_2和CO及其对CO的催化反应机理研究

本文采用密度泛函理论,研究了Au_7团簇催化CO的氧化反应机理.研究发现,二维平面结构的Au_7团簇更容易吸附CO和O_2分子. Au_7团簇吸附一个O_2分子的吸附能为0.64 eV,但在吸附多个O_2分子时,平均吸附能有了明显的下降,表明Au_7团簇进行多吸附O_2分子的可能性不大. Au_7团簇吸附一个CO分子的吸附能为1.26 eV,且在吸附多个CO分子时,平均吸附能虽有减少,但减小的幅度不大,说明Au_7团簇有可能吸附多个CO分子.此外,在Au_7团簇催化CO的氧化反应过程中,整个反应克服的最高势垒仅为0.34 eV,说明Au_7团簇有望成为良好的CO氧化催化剂.     

Au10催化CO氧化反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法研究了Au10团簇催化CO氧化反应的详细机理. 对CO、O2、O、CO2四种主要吸附物及CO+O2、CO2+O、CO+O和CO+O+O四种共吸附物的吸附行为进行计算, 得到最佳活性吸附位. 模拟反应分别按照Langmuir-Hinshelwood(LH)机理和Eley-Rideal(ER)机理进行, 其中LH机理包括L1、L2两条路径, ER机理包括E1、E2两条路径. 通过对各路径活化能比较得到: 首先CO+O2→CO2+O反应按照LH机理进行的可能性较大, 并且相比较L1、L2两条路径, 由于反应按照L1路径进行时只需克服33.9和56.4 kJ•mol-1的能垒, 所以反应更易按照L1路径进行, 最佳反应路径为O2(gas)+CO(gas)→O2(ads)+CO(gas)→O2(ads)+CO(ads)→OCOO(ads)→O(ads)+ CO2(ads); 然后CO+O→CO2反应分别克服6.9和4.3 kJ•mol-1能垒, 放热352.1 kJ•mol-1, 说明低温下吸附态的O原子很容易与CO反应生成第二个CO2分子.     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

团簇LaO的理论研究

采用密度泛函理论研究LaO团簇体系。中性分子LaO的基态是两重态(2Σ),阴离子LaO-和阳离子LaO 的基态都是单重态(1Σ)。使用不同的方法计算团簇LaO的电子亲和能和电离能。计算结果表明用BLYP方法和弥散极化基组计算结果和实验数据吻合较好。用含时密度泛函理论计算团簇LaO的低能激发态,从理论上归属LaO-的光电子能谱的谱峰和LaO的吸收光谱的谱峰。计算得到与实验一致的结果。     

Y_n(n=2-8)团簇吸附CO_2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论,研究了CO_2在Y_n(n=2-8)团簇表面的吸附结构和电子性质.结果表明:CO2吸附于Y_n(n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型.Y_nCO_2表现出了较大的吸附能(大于3eV).吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应.吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加.在所有尺寸中,Y_4CO_2、Y_6CO_2稳定性最好.     

中性金-钒-氧团簇氧化一氧化碳研究

本文实验制备了中性AuVO_(2～4)团簇并研究了其与CO和O_2的反应.实验结果表明,团簇AuVO_4和AuVO_3与CO反应主要生成吸附产物,而团簇AuO_2可与O_2反应生成AuVO_4.密度泛函理论计算结果表明,团簇AuVO_4和AuVO_3可在较高温度条件下氧化CO生成CO_2,从而形成催化氧化循环:AuVO_4+CO■AuVO_3+CO_2,AuVO_3+CO■AuVO_2+CO_2,AuVO_2+O_2→AuVO_4.     

Agn-1Si（n=5-10）团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Agn-1Si团簇（n = 5-10）的几何结构和物理性质。首先得到体系最低能量结构,其中Ag5Si 和 Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低。通过分析相应结构的能隙,平均结合能,二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性,使团簇更加紧凑。在团簇尺寸n = 5-10的范围里,拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点。通过分析Agn-1Si团簇 (n = 5-10)的差分电荷发现,电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间, Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用,是团簇稳定性增强的重要原因。     

Si-CNT循环催化N_2O与CO反应的理论研究

通过非金属催化转化有毒气体来解决环境问题已经成为最有效最有前景的方法.基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)研究了Si掺杂碳纳米管(Si-CNT)催化氧化N_2O与CO的反应. N_2O分子更易以直线形式吸附在Si-CNT催化剂上,并分解为N_2和CNT-SiO中间体,对应的活化能垒为2.42 kJ/mol. CNT-SiO中间体很活泼很容易与CO继续反应生成CO_2.通过分析发现CNT既可以作为电子的接受体又可以作为电子的供体,因此帮助了电荷在Si和目标分子之间的转移,这将为探索其它类似催化剂起到一定的帮助作用.     

CO在尖晶石结构CuCr2O4(111)表面上的吸附理论研究

采用密度泛函理论，研究了CO在具有尖晶石结构的过渡金属氧化物CuCr2O4(100)表面上的吸附. 几何构型优化结果表明，CO倾向于以碳端吸附在Cu原子上，吸附能达到133.2 kJ/mol. 吸附在五配位的Cr原子上也比较稳定，吸附能为57.5 kJ/mol. 吸附后，C-O键伸长，振动频率出现红移，表明分子被活化. 同时分析了吸附前后态密度的变化，探讨了CO与底物的成键机理.     

Adsorption of H2O, OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PW91方法结合周期平板模型研究了H2O在CuCl (111)表面上的吸附及分解. 通过构型优化参数的计算和比较发现：对于O和OH,三重穴位吸附较为稳定,吸附能分别为309.5和416.5 kJ/mol;水分子与预吸附氧的表面作用时分解成为OH,并放热180.1 kJ/mol. 同时对于吸附前后的吸附O与表面Cu的伸缩振动频率、态密度以及吸附质与底物的电荷转移情况进行了计算和分析,并给出了可能的分解反应机理.     

2-吡啶甲醇红外光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(density functional theory,DFT) 在B3LYP/6-311G(d,p)水平上对2-吡啶甲醇分子进行了结构优化和频率计算,得到了该分子的稳定构型和全部振动模式。通过与吡啶分子的结构参数以及相关文献数据的对比,发现理论值与实验值相吻合。理论计算和实验测得的红外光谱数据的比较分析表明,理论计算与实验测量结果符合得较好, 并对2-吡啶甲醇分子的振动模式进行了归属。     

三碘甲状腺素团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

我们利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/Lan12mb基组水平上,得到了三碘甲状腺素团簇的几何和电子结构.在此基础上,利用含时密度泛函理论(TDDFT),使用相同的基组和采用极化连续介质模型(PCM),对其溶剂效应下的吸收光谱进行研究．研究结果表明,优化所得三碘甲状腺素团簇的对称性为C₁;在基态稳定结构基础上,研究了该分子的红外和拉曼分子振动谱特性,同时研究了其输运性质,即三碘甲状腺素团簇为p型输运材料;通过含时密度泛函理论,在优化好的基态结构基础上,又计算了它的溶剂效应,进一步得出该分子在水溶剂中的吸收光谱特性.     

基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

Dissipative Time Dependent Density Functional Theory

The simplest density functional theory due to Thomas, Fermi, Dirac and Weizsäcker is employed to describe the non-equilibrium thermodynamic evolution of an electron gas. The temperature effect is introduced via the Fermi-Dirac entropy, while the irreversible dynamics is described by a non-linear diffusion equation. A dissipative Kohn-Sham equation is also proposed, which improves the Thomas-Fermi-Weizsäcker kinetic functional.     

7-羟基香豆素红外光谱的密度泛函理论研究

红外光谱是化合物结构鉴定的重要信息来源,对天然有机药物的分子结构及其生物活性研究意义重大。而随着理论计算方法更加合理、计算精度不断提高,理论计算在红外光谱模拟、振动模式归属指认等方面优势更加明显,对红外光谱解析等实验研究具有重要参考价值。本研究利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)/B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平对7-羟基香豆素进行了几何结构优化和红外光谱计算,得到稳定结构及全部振动模式。计算结果显示7-羟基香豆素红外光谱吸收峰主要分布于波数3 700～3 500,3 150～3 000,1 750～1 400,1 400～1 000,1 000～50 cm-1几个区域。除波数3 700～3 500,3 150～3 000 cm-1范围内振动相对独立,分别归属为O—H伸缩振动和芳环C—H伸缩振动外,其他几个区域均较为复杂,谱峰不同程度由多个振动模式叠加而成。最后,根据振动模式理论及振动图像分析,对所有振动模式进行了详细指认。并通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了7-羟基香豆素红外光谱主要吸收峰波数理论计算值和实验数据的相关性。结果表明,计算值和实验值基本吻合,相关系数值等于0.998 5,相关性较好;采用密度泛函理论在该基组水平对7-羟基香豆素红外光谱的理论计算较为可靠。     

ThO+/0/-2不同电荷态对N2O氧化CO反应的影响

本文采用密度泛函理论,对ThO^+/0/-₂团簇参与CO与N₂O间氧化还原反应(CO+N₂O→CO₂+N₂)的机理展开研究,探讨钍氧团簇所带的电荷对该反应的影响.研究表明：ThO^+/0/-₂在反应中主要起传输氧原子的作用,其中ThO⁺₂与CO的反应以及ThO^+/0/-与N₂O的反应都为热力学上的放热反应,而ThO^0/-₂与CO的反应为热力学上的吸热反应.随着电荷态的改变,ThO^+/0/-₂与CO反应的总能垒(E_b)与总驱动力(-ΔG)有较大差异.因此,通过改变ThO₂的电荷态能调节其对CO/N₂O反应的催化活性,综合考虑,ThO⁺₂对...