[Co(CO2)n]+团簇的红外解离光谱实验和理论研究

本文利用红外光解离光谱研究了一价钴阳离子与二氧化碳之间的相互作用. 通过密度泛函理论计算得到[Co(CO₂)_n]⁺团簇的几何结构,并且模拟了它们的振动光谱与实验数值进行比较. 研究结果表明,在[Co(CO₂)_n]⁺(n=2∽6)团簇中,钴阳离子通过电四极矩静电作用以端点结合的方式与二氧化碳中的氧原子结合在一起. 团簇的红外光谱都集中在二氧化碳反对称伸缩的波数附近,并且随着团簇尺寸的变化出现蓝移,最后把[Co(CO₂)_n]⁺的红外光解离光谱与稀有气体贴附的[Co(CO₂)_n]⁺-Ar的红外光解离光谱进行了比较.     

团簇分子[Zn-(CH_3CH_2OH)_n]~(2+)的荧光光谱研究及理论光谱验证

通过荧光光谱实验和理论计算对金属离子在乙醇溶液中的微团簇结构进行了研究。荧光光谱实验发现在275~330 nm范围存在较强的乙醇分子荧光峰,当加入盐离子(Zn~(2+))后该处荧光强度逐渐变弱,说明盐的加入对乙醇体系的荧光效率产生了影响,破坏了原有乙醇分子之间的作用,使得其刚性结构发生改变,荧光效率降低,同时Zn~(2+)与乙醇分子通过溶剂化作用形成了新的微团簇,在350~380 nm之间出现了新峰。通过对团簇结构[Zn-(H_2O)_n]~(2+)(n=1~3)进行优化比较,得到了相对精确及运算成本较低的密度泛函理论B3LYP方法,并应用于Zn~(2+)在乙醇溶液中团簇结构计算。结果表明体系的第一溶剂化层存在着n=1~6的微团簇分子,且最多为6。比较理论计算荧光光谱与实验荧光光谱,进一步说明了Zn~(2+)与乙醇形成了新的微团簇及计算方法的可行性。     

Br_2~+分子离子[1+1]双光子解离动力学（英文）

本文利用最近研制的低温离子阱-离子速度成像谱仪在冷离子束中研究了同位素质量分辨的~(79)Br_2~+分子离子的[1+1]双光子激光解离动力学.借助其1~4∑_(u,3/2)~-态为中间态使~(79)Br_2~+共振吸收两个光子至4～5 eV区域的高激发态并发生解离.利用离子速度成像技术获得了光解产物~(79)Br~+的二维速度分布和平动能释放谱.通过平动能释放谱确定了不同解离能量处量子态分辨的解离产物通道分支比.光碎片产物的角分布表明~(79)Br_2~+分子离子的双光子解离是1~4∑_(u,3/2)~-态的△Ω=0平行跃迁至一个Ω=3/2高解离态发生的.由于分子激发态中的强自旋-轨道耦合作用,高激发的四重态很可能参与到实验观测的光解过程.     

氨团簇(NH_3)_n(n=2~8)红外振动光谱的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的基础上,利用B3LYP/6-31G(d)的方法计算得到了氨团簇(NH3)n(n=2~8)的最稳定构型,并对它们的红外振动光谱进行了理论计算和研究.结果表明氨团簇(NH3)n(n=2~8)的红外振动光谱按团簇分子的振动类型分主要分布在Ⅰ(0~1000 cm-1)、Ⅱ(1000~1500 cm-1)、Ⅲ(1500~3000cm-1)和Ⅳ(3000~4000 cm-1)四个区域;除n=2外,最强峰都出现在Ⅳ区域,并且随着团簇尺寸的增大,最强峰的强度有所增加,位置也出现明显的红移.     

特定位点上CO_2与(TiO_2)_n团簇相互作用的第一性原理研究（英文）

本文基于密度泛函理论系统地研究了(TiO_2)_n团簇上二氧化碳(CO_2)的吸附和活化性质.计算结果表明,CO_2更倾向于吸附在(TiO_2)_n团簇的桥氧原子上,形成"化学吸附"碳酸盐络合物.而CO更倾向于吸附到末端Ti-O的Ti原子上.发现计算得到的碳酸盐振动频率值与实验获得的结果非常吻合,这表明配合物中CO_2的几何构型与其线性型相比,有微小的弯转.通过对电子结构、电荷密度、电离势、HOMO-LUMO以及态密度的分析,证实了CO_2与团簇之间的电荷转移以及相互作用.从预测的能量分布图来看,(TiO_2)_n团簇上的CO_2活化与结构密切有关,相比于块体的TiO_2,CO_2在团簇结构上更易于吸附和活化.     

AlB+n(n=2~10) 团簇结构和红外振动光谱研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n（n=2~10）团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n（n=2~10）团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇（n=6和10除外）结构变化较大|对AlB+n（n=2~10）和相应中性团簇能隙的计算分析表明,AlB+n 团簇的稳定性有所增强,其中AlB+3、AlB+5和AlB+8团簇尤为显著|通过对最稳定构型红外振动光谱的研究分析表明,硼原子间对称或非对称振动、铝原子不动的振动模式更容易出现较强谱峰,即硼原子间更容易成键.     

基于极紫外自由电子激光的中性团簇红外光谱（英文）

团簇在能源催化和大气雾霾等诸多化学过程中广泛存在,团簇表征与性能研究对诠释化学反应机理至关重要.然而,中性团簇由于缺乏电荷、难于探测,实验研究非常困难.鉴于上述情况,发展了基于极紫外自由电子激光的中性团簇红外光谱实验方法,用于质量选择中性团簇的高灵敏探测、结构表征和性能研究.红外-极紫外衰减和红外+极紫外增强光谱实验方法已被应用于一些中性水团簇和一些中性金属羰基化合物的研究.由于极紫外自由电子激光的波长范围涵盖了绝大多数中性团簇的第一电离势,这一独特的实验方法为开展各类中性团簇红外谱学和结构的研究打开了大门.本文综述了这些红外光谱实验方法及其在中性团簇研究中的应用.     

二面角弯曲异构体:M_2Pt_2~(0/-)团簇的理论研究（英文）

本文采用密度泛函理论和波函数理论研究了M_2Pt_2~(0/-)团簇(M表示碱土金属元素)在气相中的几何结构和电子性质.研究表明,拥有平面结构的D_(2h)异构体比拥有较小二面角及较短Pt-Pt键长的C_(2v)异构体更稳定.M(s,p)与Pt(5d)的相互作用和Pt-Pt共价键之间的相互竞争导致了这两种异构体在稳定性方面有所不同.M(s,p)与Pt(5d)的相互作用支持D_(2h)异构体的平面结构;Pt-Pt共价键作用导致了C_(2v)异构体的弯曲结构.Be_2Pt_2的单重态和三重态的势能曲线有两个不同的交点,但是Ra_2Pt_2和Ca_2Pt_2~-的不同多重度的势能曲线间只有一个交点,这可能是由于三重态Ra_2Pt_2和四重态Ca_2Pt_2~-较平坦的势能曲线造成的.上述结果揭示了一个拥有最小原子数的二面角弯曲异构现象,并且为解释其他潜在的角度弯曲异构体提供了理论帮助.     

甲胺水合离子团簇的结构模型及红外光谱研究（英文）

本文利用量子化学计算方法,研究了甲胺和水复合离子团簇[(CH_3NH_2)(H_2O)_n]~+的几何结构、能量和红外光谱,揭示了结构生长模型、氢键作用机制和质子转移机理.研究结果表明,在[(CH_3NH_2)(H_2O)_n]~+团簇中,甲胺甲基上的一个氢原子转移到氨基上,形成分子内质子转移的CH_2NH_3~+离子核心结构模型,水分子作为氢键受体,与质子化氨基NH_3~+形成氢键.CH_3NH_2~+离子核心结构模型没有CH_2NH_3~+离子核心结构模型稳定.在团簇的红外光谱中,CH振动、自由NH振动、氢键结合的NH振动和OH振动模式在CH_3NH_2~+和CH_2NH_3~+两种离子核心结构模型的理论计算红外光谱中明显不同,因此可用于鉴别甲胺水合离子团簇的结构模型,有助于理解甲胺和水复合团簇的氢键网络结构.     

AlB+n(n=2～10)团簇结构和红外振动光谱研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n(n=2～10)团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n(n=2～10)团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇(n=6...     

(OsH_2)_n(n=1~5)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究

采用密度泛函理论,在广义梯度近似(GGA)下对(Os H2)n(n=1~5)团簇的可能构型进行几何参数全优化,得到基态结构,并对基态结构的平均结合能(Eb)、能量二阶差分(Δ2E)、磁矩和态密度等进行计算.结果表明:(Os H2)n(n=1~5)团簇趋向于形成空间三维结构,Os与H之间有较强的相互作用,并且Os H2的基态结构可以看作是(Os H2)n(n=1~5)团簇结构的基本组成单元;(Os H2)4团簇稳定性较好,只有(Os H2)5基态结构呈反铁磁性耦合,团簇的磁矩主要来源于Os原子的d轨道.     

环戊酮光电离解离的实验和理论研究（英文）

本文介绍了真空紫外光电离质谱结合理论计算研究环戊酮单分子的光电离解离过程,在9.0～15.5 eV能量范围内,测量了环戊酮离子及其碎片离子的光电离效率曲线.通过光电离效率曲线,将环戊酮分子的电离能确定为9.23±0.03eV,并确认碎片离子为:C_5H_7O~+,C_4H_5O~+,C_4H_8~+,C_3H_3O~+,C_4H_6~+,C_2H_4O~+,C_3H_6~+, C_3H_5~+,C_3H_4~+, C_3H_3~+, C_2H_5~+,C_2H-4~+.利用量子化学计算方法,在ωB97X-D/6-31+G(d,p)理论水平基础上,提出了C_5H_8O~+的解离机制.通过对环戊酮解离路径的分析,发现开环和氢迁移过程为环戊酮离子解离的主要路径.     

(CoO)_n(n≤6)合金团簇的结构和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对(CoO)_n(n≤6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质研究.研究结果表明(CoO)n(n≤6)团簇最稳定结构除(CoO)6团簇为三维立体结构外,其余团簇均呈二维平面结构,且(CoO)_n(n=1,2,3,4和6)结构均表现明显的钴氧分离特征,而(CoO)5团簇表现明显的Co—Co聚合和O—O分离特征.团簇的总磁矩在n=1,3,4时,以3μB为单元成倍增长,(CoO)5团簇显著降低,减小至1μB,(CoO)6团簇又有所增加,增大至6μB.(CoO)n(n≤6)团簇磁性变化的起因也从电荷转移、磁性耦合、电子差分密度和态密度进行了详细阐释.     

水分子在Y_n(n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附（英文）

运用密度泛函理论,对H2O在Yn(n=2-8)团簇表面的分子吸附与解离吸附两种模式进行了结构优化,电子性质分析。结果表明:分子吸附中H2O倾向于O端吸附于Y-Y原子桥位,而解离吸附中H2O解离的H,O原子倾向于吸附于Yn团簇的面位。两种吸附模式都导致了(解离吸附n=4,5除外)主团簇Y原子平均键长增大。分子吸附和解离吸附的吸附强度和化学活性都随尺寸增加而增大。解离吸附中体系的稳定性明显高于分子吸附,且与体系的电子壳层效应密切相关。     

基于双共振吸收光谱法的~(14)CO_2探测（英文）

快速且准确地定量探测~(14)CO_2在许多领域都有着重要应用.超灵敏的光腔衰荡光谱技术是一种极具潜力的光学探测方法,但其存在灵敏度不足和易受其他CO_2同位素/杂质分子干扰的问题.本文提出利用阶梯型双共振光谱法将~(14)CO_2从基态激发至中间能级后,再用光腔衰荡光谱法去探测.双共振的吸收过程可以有效提高探测的选择性.本文分析了双共振吸收光谱的定量探测能力,模拟结果显示双共振光谱探测是无多普勒的,可以减少其他分子的吸收干扰,有望实现亚ppt水平的~(14)CO_2高选择性探测.     

[Mg(NH2)2]n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对[MS(NH2)2]n(n=1-5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明:团簇易形成链状结构,Mg-N键长为0.190-0.234 nm,N-H键长为0.101-0.103 nm,H-N-H键角为100.2°-107.5°;团簇中Mg原子的自然电荷在1.585e-1.615e之间,N原子的自然电荷在-1.551 e--1.651 e之间,H原子的自然电荷在0.369e-0.403e之间,-NH2基的自然电荷在-0.784e--0.845e之间,Mg原子和-NH2基之间相互作用呈现较强的离子性.团簇结构及光谱与晶体比较表明,-NH2基在团簇和晶体中均保持其完整性.     

(Mg(BH_4)_2)_n团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用了密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对[Mg(BH_4)_2]_n(n=1-3)团簇的结构进行了优化,几何结构优化时自旋多重度取了1、3、5等多种情况进行计算.最后对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了研究.结论表明:团簇最稳定结构易形成链状结构,其中Mg-B键长为0.210～0.253 nm,-BH_4基中靠近Mg原子处的B-H键长约为0.125 nm、远离Mg原子处的B-H键长为0.119 nm.对比团簇和晶体的光谱结构表明,-BH_4基在团簇和晶体中结构基本一致. Mg原子的自然电荷在1.687～1.757e之间,B原子的自然电荷在-0.702～-0.788e之间,H原子基本不参与电荷转移,其自然电荷在-0.094～0.070e之间.团簇中Mg原子和-BH_4基之间相互作用呈现较强的离子性,Mg(BH_4)_2团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

(Mg(BH_4)_2)_n团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用了密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对[Mg(BH_4)_2]_n(n=1-3)团簇的结构进行了优化,几何结构优化时自旋多重度取了1、3、5等多种情况进行计算.最后对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了研究.结论表明:团簇最稳定结构易形成链状结构,其中Mg-B键长为0.210～0.253 nm,-BH_4基中靠近Mg原子处的B-H键长约为0.125 nm、远离Mg原子处的B-H键长为0.119 nm.对比团簇和晶体的光谱结构表明,-BH_4基在团簇和晶体中结构基本一致.Mg原子的自然电荷在1.687～1.757e之间,B原子的自然电荷在-0.702～-0.788e之间,H原子基本不参与电荷转移,其自然电荷在-0.094～0.070e之间.团簇中Mg原子和-BH_4基之间相互作用呈现较强的离子性,Mg(BH_4)_2团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

(Mg(BH_4)_2)_n团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用了密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对[Mg(BH_4)_2]_n(n=1-3)团簇的结构进行了优化,几何结构优化时自旋多重度取了1、3、5等多种情况进行计算.最后对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了研究.结论表明:团簇最稳定结构易形成链状结构,其中Mg-B键长为0.210～0.253 nm,-BH_4基中靠近Mg原子处的B-H键长约为0.125 nm、远离Mg原子处的B-H键长为0.119 nm.对比团簇和晶体的光谱结构表明,-BH_4基在团簇和晶体中结构基本一致.Mg原子的自然电荷在1.687～1.757e之间,B原子的自然电荷在-0.702～-0.788e之间,H原子基本不参与电荷转移,其自然电荷在-0.094～0.070e之间.团簇中Mg原子和-BH_4基之间相互作用呈现较强的离子性,Mg(BH_4)_2团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

WnNim(n+m=8)团簇的极性和光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上对WnNim(n+m=8)团簇的各种可能构型进行了几何参数全优化,得到了它们的基态构型;并对基态构型的偶极距、极化率、红外光谱和拉曼光谱性质进行了分析,结果表明:团簇WnNim(n+m=8)都具有极性,富W团簇非线性光学效应强,容易被外加场极化;振动频率主要分布在0-350 cm-1范围内,团簇W4Ni4因其振动方式的特殊性,红外光谱和拉曼光谱在频率421.971 cm-1处,都有明显强峰;团簇W5Ni3因其结构的高对称性在振动光谱中出现多处共振现象.