铜类卡宾催化乙烯环丙烷化反应途径的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属铜类卡宾与乙烯的环丙烷化反应机理，对3种不同铜的SS试剂CH3CuCHCl2，ClCuCH2Cl及CH3CuCHI2分别与CH2CH2反应的各反应物、中间体、过渡态、产物构型的全部结构几何参数进行了优化，用内禀反应坐标（IRC）计算和频率分析法，对过渡态进行了确定和验证．结果表明，CH3CuCHCl2和CH3CuCHl2与CH2CH2环丙烷化反应按亚甲基转移机理和卡宾金属化机理都可以进行，与锂类卡宾的反应机理相同，而ClCuCH2Cl与CH2CH2环丙烷化反应则更容易按卡宾金属化机理进行。     

N2O在Pt(111)表面的吸附结构

基于密度泛函理论和周期平板模型,通过Nt-T,Nt-T-O-T,Nt-B-O-T,Nt-B-Nc-T和Nt-T-Nc-T五种吸附结构研究了N2O分子在Pt(111)表面的吸附,发现Nt-T位是最稳定的吸附位,且吸附主要是通过末端Nt原子与表面作用.从吸附结构分析了N2O分子在Pt表面可能的解离过程.     

Nb(100)表面吸附和解离氮气的密度泛函理论计算

【目的】研究多个氮气分子吸附于Nb(100)表面的问题.【方法】采用基于密度泛函理论的总能计算方法研究Nb(100)表面吸附多个氮气分子。【结果】得到0.25,0.50,0.75覆盖度(ML)下氮气分子吸附Nb(100)表面的结构,能量,振动频率以及表面功函数等性质,并进一步讨论了氮气分子在Nb(100)表面吸附与分解的物理机制。【结论】吸附在Nb(100)表面的氮气分子容易发生解离,部分氮气分子以分子态的形式吸附,而部分氮气分子则分解成原子吸附于铌表面。     

铜催化炔基酮与重氮酯的环加成反应的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP泛函对铜催化的炔基酮与重氮酯的[4+1]环加成反应进行了理论研究.根据计算结果,我们确定了两条反应路线,并对其中各驻点的结构进行了全优化,对重要的过渡态进行了IRC扫描以确认其合理性.通过比较两条反应路线中各过渡态的活化能,我们得到了反应的优势路线,确定了反应的机理.采用极化连续介质模型(PCM),考虑了溶剂ClCH2CH2Cl对反应中各物种能量的影响.计算结果表明,重氮酯先去氮生成金属卡宾,然后金属卡宾再参与后续的反应,通过[4+1]环加成反应生成多取代呋喃.     

甲醇在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化,对体系的吸附能、O-H键、C-O键和-CH3键等振动频率进行了计算,并对电子态密度(DOS)进行了分析.计算结果表明top位是比较有利的吸附位,但是吸附能较小,吸附后甲醇分子构型未发生较明显的变化.通过对吸附前后甲醇分子振动频率分析,发现甲醇吸附后O-H键比C-O键红移大,说明甲醇解离时O-H键比C-O键活化程度高.通过DOS分析发现甲醇主要是π轨道参与了成键.     

Si（001）-2×1重构表面吸附锂原子的第一性原理研究

采用六层硅原子超原胞模型,基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）用广义梯度近似（GGA）和有效核势数值基函数组,模拟了锂原子在S i（001）-2×1重构表面上的吸附.模拟中采用三种不同的初始构型,优化计算结果都显示在吸附锂原子后,S i（001）-2×1重构表面的二聚物基本消失,锂原子在新表面的四个硅原子形成的空位上方时体系能量最低.同时还分析了二聚物中两个硅原子的＂亲电子＂性以及费米面附近态密度的变化.     

CO吸附在Pd/Pt(111)双金属表面的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了CO在Pd/Pt(111)双金属表面的吸附性质.分别考虑了Pd原子全部取代表层Pt原子以及部分取代表层和次表层Pt原子的情况,分析了CO吸附在双金属不同表面的吸附能、C-O和C-Pt键长及振动频率.结果表明无论是在表层或者次表层加入Pd原子,相比CO吸附在干净Pt(111)表面情况,CO在双金属表面的吸附能几乎没有变化,而键长、频率也未见明显改变.这些吸附特性说明Pt催化剂的抗CO中毒性质主要依赖于最外层的Pt原子,临近的Pd原子可能会对其产生影响,但是未见明显变化.     

金的氰化物在白云母表面的吸附研究

针对浸金过程中白云母与金的氰化物的吸附现象,采用实验与量子化学计算相结合的方法进行研究.在不同搅拌时间条件下,搅拌吸附实验证明金的氰化物与白云母表面均能发生吸附,最大吸附率和单位吸附量分别为8.07％和0.019 mg/g.利用Materials Studio软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块进行量子化学计算,计算金的氰化物在白云母(001)表面的吸附,得到白云母最佳结构优化参数为密度泛函GGA-PBESOL,k点为6×3×1,截断能为360 eV;确定白云母的原子层厚度为3.8188 nm,真空层厚度为1.6 nm.模拟计算表明,金的氰化物在白云母表面的吸附能分别为-134.63 kJ/mol、-185.28 kJ/mol,两种离子均能吸附在白云母(001)表面.Mulliken布居分析表明,金的氰化物中的N原子电子转换到白云母表面Si原子上,N原子与Si原子成键,且成键作用较强.     

NO在Ir(110)表面吸附和解离反应的泛函密度理论

采用密度泛函理论(DFT)和周期性平板模型,考察NO在Ir(110)表面上的吸附、解离及N2生成机理.计算结果表明:NO以N端向下在顶位吸附为最稳定的吸附方式,其次是短桥位,空位吸附最不稳定;顶位吸附的NO在表面存在2条解离通道:1)直接解离通道;2)由初始态扩散到短桥位,继而发生N—O键断裂生成N原子和O原子,是NO在表面解离的主要通道;解离后的N原子经联短桥位共吸附态发生N—N聚合反应生成N2,在表面共存的O原子促进了N2的生成,与实验结果相符.     

HCOOH在电极Pd(110)表面电吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合方法,对HCOOH分子在Pd(110)表面bridge,bidentate和unidentate三种形态吸附位进行吸附结构、Mulliken布居和振动频率等性质的计算;计算结果表明HCOOH在金属态表面bidentate为最稳定的吸附位,电极表面unidentate为最稳吸附位;HCOOH在电极表面的吸附远大于金属态表面的吸附能,表明电化学反应比普通化学反应容易进行.电极表面吸附的结构和频率分析显示,吸附过程中O—H、C—H键均伸长,v(O—H)键和v(C—H)振动频率均发生明显红移,表明H原子在吸附过程中容易断裂,脱离HCOOH分子.Mulliken电荷布居分析表明在电吸附过程中电子由HCOOH分子向Pd(110)表面进行转移,有利于电催化反应进行.     

H2在Mg(0001)和M(Sc～Zn)/Mg(0001)表面吸附、脱附性能研究

采用密度泛函方法,对H2在Mg(0001)及掺杂一系列的过渡金属的Mg表面的吸附行为进行了研究.结果表明,H2在Mg(0001),Fe,Co,Cu和Zn掺杂的Mg表面只存在物理吸附;在Sc,Ti,V,Cr,Mn和Ni掺杂的Mg表面时物理吸附和化学吸附都存在.H2在M(Sc～Zn)掺杂Mg表面解离的能垒均低于Mg(0001)表面.解离后的H原子易化学吸附在以下3种邻近的空位:Fe掺杂Mg表面的fcc-hcp1位;Ni掺杂Mg表面的hcp-hcp位;其余掺杂Mg表面的fcc-fcc位.计算结果显示,Ti,V,Cr,Mn,Ni掺杂在Mg表面可有效改善H2的吸附与解离性能.     

基于密度泛函理论的KDP(100)表面吸附水分子研究

基于密度泛函理论中的第一性原理计算方式,开展KDP(100)面表面吸附水分子的性质研究。结合Bader电荷、电子密度、差分电子密度和电子局域函数等参数进行电子密度拓扑分析,结果显示水分子在KDP(100)表面的最佳吸附位点为氢钾桥位,吸附能为–0.809eV,表明KDP(100)表面可以自发地吸附水分子;水分子中的氧原子通过吸附,与KDP(100)表面磷酸根基团上的氢原子形成含共价效应的强氢键O—H...O_w,拟合键能为–18.88 kcal/mol。     

Pt在CeO_2(111)面吸附的第一性原理研究

基于广义梯度近似(GGA)的投影缀加平面波(Projector augmented wave,PAW)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用DFT+U的方法,计算并分析了Pt在CeO2(111)p(2×2)面上的吸附能,电子结构和化学特性.考虑了Pt在多个不同位置的吸附,结果表明:Pt最易在O的桥位偏向次层O的顶位吸附;在CeO2(111)p(2×2)面上吸附的Pt原子之间的几乎没有相互作用;Pt的吸附只对其近邻的衬底原子结构有明显影响.以上结果有助于对三元催化剂中Pt与CeO2的协同作用机理的理解.     

6-氯烟酰胺的异构化和质子迁移理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)基组水平上,计算了气相中6-氯烟酰胺分子酮式和烯醇式质子迁移异构化过程的2种可能途径:分子内直接质子迁移和水分子辅助质子迁移.结果表明,在气相中只存在一种稳定构型,水分子的参与降低了质子迁移过程的活化能.     

甲醇在Pt-Co(111)/C表面吸附和分解的量子化学研究

采用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Pt-Co(111)/C表面top、fcc、hcp和bridge位的9种吸附模型进行了构型优化、能量计算,结果表明fcc-Pt2Co位是较有利的吸附位.Co掺杂后整个体系的态密度略向低能方向移动,费米能级的位置发生了右移导带增宽,表明掺杂后的Pt/C具有更强的氧化能力.考虑催化剂抗中毒性能时发现:CO在Pt-Co(111)/C表面的吸附能比相应各位置上甲醇的吸附能均要低,说明Pt-Co(111)/C确实具有较好的抗CO中毒化能力;甲醇在Pt-Co(111)/C表面的解离过程也发现:该催化剂使得甲醇催化氧化反应的进行比在气相中断裂H—O键所需要的能量降低了296.0 kJ/mol,说明在Pt-Co(111)/C面反应较容易发生,因此碳负载Pt-Co合金是催化氧化甲醇较好的催化剂.     

乙烯酮自由基(HCCO)与臭氧(O3)反应势能剖面的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**水平研究了基态乙烯酮自由基HCCO(2A″)与臭氧分子O3反应机理,全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型,并在此水平优化的几何构型基础上,使用CCSD(T)/6-311G**方法进行了单点能校正,另外,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.结果表明:乙烯酮自由基HCCO(2A″)与臭氧之间有很强的反应活性,按不同的反应通道生成不同的产物P1-P8,而产物P1-P6的反应活化能稍低,则产率相对较高,且均为放热反应.     

苯在Ru-Zn/Ru（0001）合金表面上的吸附——密度泛函研究

为了理解苯在Ru-Zn合金催化剂上的部分加氢催化机理,采用密度泛函方法对苯在Ru-Zn/Ru（0001）面上的吸附进行理论研究。计算结果表明,当苯的碳原子或者共轭双键直接位于表面Zn原子的atop位时,其吸附热较Ru（0001）面上的类似吸附状态下降约60%.Zn原子与苯环C原子之间的排斥作用导致苯环的成键轨道与表面Ru原子的价层轨道之间的空间对称性下降,从而不利于苯与合金表面的键合。当吸附位离开Zn原子时,邻近Zn原子对于苯的吸附基本没有影响。     

噻吩磺隆对土壤吸附铜的影响

采用批量平衡法研究了铜在两种土壤中的吸附行为,并探讨了噻吩磺隆对铜在两种土壤中吸附的影响.结果表明:铜与噻吩磺隆共存在土壤中的吸附可用Freundlich方程来描述,铜在两种土壤中的吸附常数Kf值在12.80～72.11之间,这说明铜在土壤中的吸附性较强,随着噻吩磺隆浓度的增加,Kf增大而n减小.铜在两种土壤中的吸附动力学可用准一级动力学方程描述,相关系数R2＞0.99.噻吩磺隆的加入使准一级动力学方程的两个参数变小.pH对土壤吸附铜的影响比较复杂,与土壤的理化性质有关.