CH4-Ne体系的三维从头算势能面与光谱的模拟

本文在从头算CCSD(T)/AVXZ(X=T,Q)水平上计算了CH₄-Ne体系的三维势能面,同时在基组中加入了键函数,并且将基组外推到完全基组极限水平. 通过最小二乘法拟合摩斯长程势能函数形式,获得了三维分析势能面,其中对664个从头算格点的拟合的标准偏差仅为0.042 cm^-1. 随后,采用径向离散变量表象和角度有限基组表象相结合的杂化基函数方法,并基于Lanzcos迭代的方法获得了CH₄-Ne体系的振转能级,所预测的红外光谱与实验值非常吻合. 本文首次给出了CH₄-Ne体系的微波光谱数据. CH₄-Ne体系三维摩斯长程势能面分析的表达式为今后CH₄在Ne团簇动力学性质以及其碰撞诱导吸收光谱的研究中奠定了基础.     

H+CH3D→H2+CH2D反应的十维量子动力学研究

本文采用最近发展的十维含时波包方法研究了H+CH₃D→H₂+CH₂D反应的模式选择性,计算了反应物CH₃D在基态、CH₃对称和不对称伸缩振动激发态、CD伸缩振动激发态以及CH₃弯曲模式的基频和倍频激发态等6个初始状态下的反应几率. 计算结果表明,在碰撞能0.0∽1.0 eV区间内,激发CH₃的任意一种伸缩振动模都能增强反应活性,而CD伸缩振动激发对反应的促进作用不明显. CH₃弯曲振动模的基频激发对促进反应活性几乎没有影响,由于CH₃对称伸缩振动模的基频与CH₃弯曲振动模倍频之间的费米共振作用,CH₃弯曲振动模的倍频激发显著增强了反应活性.     

全维高精度势能面上F+CH3OH反应的产物振动态分布

甲醇与氟原子之间的抽氢反应可以生成HF和CH₃O、CH₂OH自由基等产物. 该反应在环境化学、燃烧化学、辐射化学和星际化学中都非常重要. 基于之前构建的全维高精度势能面,本文采用准经典轨线方法研究了该典型反应的动力学. 特别是使用正则模式分析方法确定了多原子产物CH₃O和CH₂OH的振动态分布. 研究发现,当反应物处于振转基态时,CH₃O和CH₂OH主要分布在基态. 当反应物CH₃OH的OH伸缩模式激发为第一激发态时,产物CH₂OH的OH伸缩模式、扭转模式、H₂CO 面外弯曲模式及其组合会被有效激发. 在两条通道中,可用能量大部分都流入HF的振动能和产物的平动能,而自由基产物CH₃O或CH₂OH只得到非常少的能量,与实验结果一致,这也表明了自由基的旁观者性质.     

CH2和CH3自由基吸附在Cun (n=1-6)团簇上C-H对称振动模式的软化

利用密度泛函理论中杂化泛函理论方法计算了CH₂和CH₃自由基吸附在Cu_n(n=1～6)团簇上时C?H对称伸缩振动模式的软化性质,结果表明,CH₂在Cun团簇上的吸附要比CH₃的吸附强. 计算得到的C-H键的振动频率与实验上测量的这两个自由基吸附在Cu(111)表面的结果符合得很好,随着团簇尺寸的增加,C-H对称伸缩振动频率的软化(红移)越来越大.     

对典型多通道反应H+CH3OH的模式特异动力学研究

H+CH₃OH作为典型的多通道反应,在燃烧和星际中起着重要的作用. 本文基于在UCCSD(T)-F12a/AVTZ水平上计算的大量数据点,构建了该体系的全维精确势能面,并基于该势能面,研究了不同产物通道的模式特异动力学. 结果表明,O-H 伸缩、沿C-O轴的扭转以及C$-$H伸缩等模式的振动激发对H₂+CH₃O、H₂+CH₂OH、H₂O+CH₃和H+CH₃OH四个产物通道有着不同的影响. 该研究有助于理解具有多个产物通道的复杂反应的模式特异动力学,进而帮助控制其竞争反应.     

Ar-D232S复合物的转动光谱理论研究

对Ar-D₂³²S转动光谱进行了理论研究．该体系的分子间势能面是由最近报道的Ar-D₂³²S体系的从头算三维势能面转换而来．通过采用径向离散变量表象与角度有限基组表象相结合的方法和Lanczos算法,计算了复合物的转动能级和波函数．结果表明,理论计算得到的转动跃迁频率和结构参数与实验值吻合较好     

H+Br2→HBr+Br反应的态-态量子动力学研究

H原子与卤素气体(F₂,Cl₂,Br₂)的反应是典型的轻-重-重原子-双原子反应. 对于研究化学激光的基本反应途径十分重要. 之前所有的实验结果都表明,H+Br₂→HBr+Br反应的势垒高度很小,甚至是负值. 本文基于11698个UCCSD(T)/CBS水平的从头算能量点,用FI-NN方法构建了HBr₂体系的精确全维全域势能面,还包括了Br原子²P_3/2轨道的自旋-轨道耦合. 势能面有一个下沉的势垒(-0.351 kcal/mol}),放热(ΔH₀=-41.265 kcal/mol) 和实验值吻合的很好,在这个势能面上应用含时波包方法计算了H+Br₂→HBr+Br反应的态-态积分和微分截面. 对初始基态反应,产物HBr(v′=2,3,4)态在所考虑的整个能量范围内占主导地位,说明HBr是振动态布居反转的. 温度300 K时,计算的产物振动分布在$v$$''$=3有最大值,在v′=0,1的分布可以忽略不计,这与Setser及合作者和Polanyi及合作者的实验结果相一致. 超过一半的总可用能量进入到产物的内部运动中,这其中大部分进入到振动中. 计算表明,反应物Br₂的初始转动激发对产物振转态分布和微分截面影响很小,而初始振动激发则有一定影响. 在低能区域,初始振动激发到v₀=5态很明显的增强了产物的振动激发. 在初始基态和初始转动激发态下,碰撞能量到0.5 eV的微分截面在后向达到峰值,但随着碰撞能量的增加,角分布的宽度显著增加. 对于初始振动激发态,产物微分截面的结构较为复杂,对高振动激发态产物有很强的前向散射峰.     

F和CH3OH多通道反应的速率常数与分支比的研究

F和CH₃OH有两个夺氢反应通道,分别生成HF+CH₃O 和HF+CH₂OH. 尽管这两个通道都没有能垒,但前一个通道即生成HF+CH₃O的反应分支比远远高于期望的统计平均值(四分之一). 不同实验测得的分支比不仅相去甚远,而且定量上与早期由过渡态理论(稳定点信息在MP2以及G2理论水平下计算得到)得到的计算结果也不符合. 此前在CCSD(T)-F12a/AVDZ水平上计算得到了121000个几何构型的能量,采用对易不变多项式结合神经网络的方法拟合得到了该体系的全维高精度势能面. 本文采用该势能面,结合准经典轨线动力学方法,对该反应的反应速率常数和反应分支比进行了理论研究,得到的结果与实验吻合. 由于反应没有能垒,理论计算结果表明反应速率常数随温度升高而有微弱的下降趋势.     

CH4/H2和CH4/He体系等离子体发射光谱分析

 在CH₄/H₂和CH₄/He和CH₄/He两种系统中,利用光学发射谱技术对螺旋波放电产生低压甲烷等离子体内活性粒子的光学发射特征进行了原位诊断。在实验中,两种体系下同时都测得的主要荷电粒子为CH,Ha,Hb,Hg以及H2等。研究了各实验参数对这些活性粒子CH, Ha,Hb以及Hg的发射光谱强度的影响。结果表明：在CH₄/H₂体系下,随着射频功率的增大,Ha,Hb,Hg以及CH基团的相对强度都随着增加,而当放电气压变化时它们都呈现先增大而后减小的趋势。在CH₄/He体系下,随射频功率的增加,Ha,Hb,Hg以及CH相对强度变化的总体趋势也都是先增加而后减小,当工作气压增加时,Ha,Hb以及Hg的相对强度变化也是呈现先增大而后减小,但CH基团的相对强度却是逐渐减小的;这些结果为等离子体沉积各种薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了参考。     

交叉分子束方法研究H+CH4和H+CD4反应:CH3/CD3的振动激发态产物通道

We study the H+CH₄/CD₄→H₂/HD+CH₃/CD₃ reactions using the time sliced velocity map ion imaging technique. Ion images of the CH₃/CD₃ products were measured by the (2+1) resonance enhanced multi-photon ionization (REMPI) detection method. Besides the CH₃/CD₃ products in the ground state, ion images of the vibrationally excited CH₃/CD₃ products were also observed at two collision energies of 0.72 and 1.06 eV. It is shown that the angular distribution of the products CH₃/CD₃ in vibrationally excited states gradually vary from backward scattering to sideways scattering as the collision energy increases. Compared to the CH₃/CD₃ products in the ground state, the CH₃/CD₃ products in vibrationally excited states tend to be more sideways scattered, indicating that larger impact parameters play a more important role in the vibrationally excited product channels.     

Ar2-Ne聚合物的三维势能面和束缚态

使用单双激发并对三重激发作微扰处理的耦合簇方法计算了Ar₂-Ne聚合物的三维势能面. 使用的基组是aug-cc-pVqz并包括3s3p2d2f1g中点键函数. 用二维模型势对7个Ar₂键长值的每一个对应的二维格点(R,θ)上的能量进行了拟合. 再将7个二维模型势通过对(r—re) 的六次多项式内插得到三维势能面,并用于随后的振转能级计算,所得到的跃迁频率、光谱常数等与相应的实验结果进行了比较.     

New ab initio Potential Energy Surfaces for Cl(2P3/2, 2P1/2)+H2 Reaction

采用多参考组态相互作用的计算方法和很大的基组构造了Cl+H₂反应体系的一组新的三维从头算势能面. 该势能面包含Cl+H₂体系的能量最低的三个绝热态,并在非绝热近似下转化为四个非绝热势能面. 另外,旋轨耦合矩阵元也基于Breit-Pauli Hamil-tonian计算得到. 对角化这四个非绝热势能和两个旋轨耦合矩阵元组成的全耦合Hamiltonian,得到了三个考虑旋轨耦合后的绝热势能面.基于这组新势能面的非绝热动力学计算结果与最新的实验符合得很好,很好地解释了     

OH+C2H3F的反应机理及产物支化比反应的理论研究

本文对HOC₂H₃F可能解离通道的势能面进行从头算CCSD(T)/CBS//B3LYP/6-311G(d,p)计算,同时对速率常数进行Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus计算. 生成主要产物CH₂CHO+HF最有利的反应途径是OHC₂H₃F→i2→TS14→i6→TS9→i3→TS3→CH₂CHO+HF,其中速率决定步骤是HF通过TS11从CO桥接位置解离,能量比反应物高3.8 kcal/mol. 借助中间态TS14,F原子从C_α迁移到C_β位置生成CH₂O+CH₂F,然后通过中间态TS16,H从O迁移到C_α位置;通过中间态TS5,C-C键断裂生成产物,其能量比反应物低1.8 kcal/mol,比TS11低4.0 kcal/mol.     

O(1D)和CD4反应的准经典轨线

在新的全域势能面上, 用准经典轨线方法细致地研究了O(¹D)+CD₄多通道化学反应的动力学．这个势能面是用交换不变多项式方法基于MRC+Q/aug-cc-pVTZ从头算点拟合得到的．通过计算得到了产物OD+CD₃、D+CD₂OD/CD₃O和D₂+DCOD/D₂CO的分支比、平动能分布以及角度分布,结果显示理论与实验吻合得较好, 从而说明了这个反应的同位素取代效应很小． 研究表明,O(¹D)+CD₄反应是经过陷入的抽取机理发生的： 最初主要通过D原子的抽取,并不是之前人们认为的直接C-D键的插入形成CD3OD中间物后再进而解离成各个产物通道．     

双金属镍-锰/γ-Al2O3催化剂对甲烷二氧化碳重整反应的影响 (cited: 1)

用浸渍法制备γ-Al₂O₃负载的Ni-Mn双金属催化剂．在500～700 oC按照17:17:2的CO₂/CH₄/N₂比例,以36 mL/min的载气流速进行甲烷二氧化碳重整反应, 利用甲烷二氧化碳的转化率、生成的合成气H₂/CO比例以及长期稳定性等指标评价了催化剂的催化性能． 实验表明, 添加Mn提高催化性能并使双金属催化剂的稳定性更高, 比单金属催化剂更好地抑制焦炭生成,Mn最合适的添加量0.5wt％ ．通过BET、CO2-TPD、TGA、XRD、SEM、EDX和FTIR各种技术对催化剂进行了表征．     

基于最新势能面的C(1D)+H2反应的环聚合分子动力学研究

本文利用环聚合分子动力学方法对C(¹D)+H₂反应开展了详细的理论研究. 计算中使用了最近构建的Zhang-Ma-Bian(ZMB)从头算势能面,该势能面对锥形交叉附近区域以及范德华区域均有精确的描述. 环聚合分子动力学计算得到的热反应速率常数与最新实验值吻合很好. 与前人计算结果比较,发现在?¹A′电子基态的ZMB-a势能面上获得的反应速率常数远大于前人构建的RKHS势能面上的结果,这是由于ZMB势能面上的范德华鞍具有与之前势能面上的范德华阱完全不同的动态学作用,表明环聚合分子动力学方法能够处理范德华作用引起的势能面拓扑结构所导致的动态学效应. 本文还揭示了b¹A′′电子激发态ZMB-b势能面以及量子效应对反应的重要性.     

内嵌金属富勒烯Tcn和Tcn@C70的理论研究

系统地研究了内嵌金属富勒烯Tc_n和Tc_n@C₇₀的平衡态结构、电子和磁性性质．研究表明C₇₀能够内嵌Tc_n团簇(n≤9)．除了Tc₂团簇,当n≤5时,形成内嵌金属富勒烯Tc_n@C₇₀是放热的过程,而当n>5时,这种过程是吸热的．在内嵌过程中,Tc_n团簇的构型和电子结构都发生了相当大的变化．与单独的Tc_n团簇相比,Tc_n@C₇₀的总磁矩明显地降低．对体系的轨道分布,Hirshfeld分布和态密度进行了分析发现,在内嵌金属富勒烯体系里,电子可以通过Tc-C的有效杂化从Tc_n团簇向碳笼转移,从而使得体系的整体磁性降低．     

利用高分辨率光谱和从头算理论研究9-甲基蒽的大振幅运动

本文利用平行超音速射流和光频梳技术观察到9-甲基蒽(9MA)的多普勒的高分辨率和高精度光谱. CH₃内部旋转的势能曲线用六重对称正弦函数表示. 之前报道的9MA-d12的势垒(V₆)远远低于9MA-h12[M. Baba, et al., J. Phys. Chem. A 113, 2366 (2009)]. 本文对多组分分子轨道法进行从头算方法的理论计算. 氘代取代势垒降低的部分原因是H和D原子核的波函数不同.     

利用新构建势能面3A研究S(3P)+H2→HS+H反应含时波包量子散射

利用高精度从头算能量点构建三重态³A' 势能面. 单点能计算采用的方法是完全活性空间自洽场和多组态相互作用,计算中所用的基组是aug-cc-pV5Z,并利用多体展开方法结合AP函数形式对所有能量点进行了拟合. 在新构建的势能面基础上,在平动能0.8～2.2 eV进行了含时波包散射计算,计算中同时采用了离心突然近似和紧耦合方法. 另外还对初始振动态ν=0～3(j=0)情况下的总反应几率进行了计算,结果发现初始振动激发对该体系有很大的增强作用.     

TiY2N@C80电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了TiY₂N@C₈₀分子的几何、振动和电子性质．理论计算结果表明TiY₂N@C₈₀分子的电子结构性质明显与Sc₃N@C₈₀和Y₃N@C₈₀的不同,而与TiSc₂N@C₈₀相近．对TiY₂N@C₈₀分子进行载流子掺杂时,其磁性