吡唑联吡咯类化合物结构和活性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了10种吡唑联吡咯类化合物的结构、化学活性和前线轨道.结果表明:此类化合物的能隙Eg大部分都在3.50~4.20e V之间,其中在吡咯环3位取代三氟甲基,或是在吡咯环5位取代4-甲苯氧基,化合物的能隙变宽.通过比较还发现,吡唑联吡咯类化合物对水稻纹枯菌(Rhizoctonia solani bacteria)的杀菌活性比2,3-二取代喹唑啉-4(3H)-酮化合物和哌啶并噻吩并嘧啶酮衍生物对水稻纹枯菌的杀菌活性都差.     

基于密度泛函理论的对二甲苯分子电子光谱的外场效应研究

对二甲苯（PX）是化工领域一种非常重要的原料,被广泛地用于香料、医药、油墨和农药等的生产,因此研究PX分子的电子光谱和外场效应,对于它的检测和降解具有十分重要的意义。为研究外电场作用下,PX分子的紫外-可见（UV-Vis）光谱的变化,采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上,优化了不同外电场（0～0.025 a.u.,0～1.285 6×1010 V·m-1）作用下PX分子的基态几何构型,在此基础上利用含时密度泛函理论（TDDFT）计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱,最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：有波长为189 nm、摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰,处于E₁带,它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的;与苯分子相比,吸收峰出现11 nm的红移：由于两个甲基和苯环形成p-π共轭,苯环的大π键变弱,故PX分子的紫外吸收峰出现红移;当增加了外电场后,最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁需要的能量降低,电子跃迁产生的波长增大,吸收峰出现显著红移,当外电场增大到0.020 a.u.时,红移已经非常明显;外电场的引入,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁的电子数减少,摩尔吸收系数降低,随着外电场的增强,摩尔吸收系数降低明显,尤其在外电场增强到0.020a.u.后,摩尔吸收系数降低非常显著。这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据,也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。     

强外电场作用下BN分子的结构与激发特性

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311++g(d.p)水平上优化得到了BN分子轴向加不同外电场时的基态结构参数,包括键长、电偶极矩、电荷分布、前线轨道、红外光谱.计算结果表明,随着正向电场增加,分子结构参数与外电场强度有明显关联,并呈现不对称性.另外,在同样的基组下利用合时密度泛函理论方法研究了外电场对BN分子激发能和振子强度的影响.结果表明,电子跃迁光谱随正向电压的增加而呈现蓝移现象,但振子的强度与电场关联较为复杂,说明光谱强度易受外电场影响.     

强外电场作用下BF分子结构和激发特性

采用密度泛函(DFT)方法LSDA在6-311++G(d,p)基组水平上优化得到了分子轴方向不同电场(-0.03～0.05a.u.)作用下,BF分子的基态结构参数、电偶极矩μ、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级等。在优化构型下,用同样的基组采用杂化CIS-DFT方法(CIS-LSDA)研究了同样外电场条件下对BF分子的激发能和振子强度的影响。结果表明:随着电场的增加,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现非对称性。分子总能量先增大后减小,电偶极矩μ先增大,后减小,最后不断增大。电场对振子强度的影响比较复杂,有的增大有的减小,表明电子跃迁光谱强度受外场影响。     

外电场作用下FO分子的特性研究

采用密度泛函的B3P86方法,以6-311+G(3df)为基函数优化得到不同外电场下FO基态分子的稳定几何结构、键长、总能量、HOMO能级、LUMO能级、费米能级、能隙、红外光谱和谐振频率.结果表明,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现出不对称性;随着正向电场的增大,HOMO能级、LUMO能级和费米能级是减小的,能隙是先增大后减小;红外光谱和谐振频率是增大的,而频率间隔是不断减小的.     

二溴甲烷分子在外电场下物理性质及逐步解离特性研究

二溴甲烷在太阳光辐射下分解成破坏臭氧的溴自由基,严重危害自然环境和人类健康,研究对二溴甲烷的降解很有必要.利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G(d, p)基组水平上研究了不同外电场(0～0.025a.u.)作用下二溴甲烷分子的物理性质,包括总能量、键长、电偶极矩、能级、能隙、红外光谱等.采用含时密度泛函理论在同样基组水平下研究了外电场对分子激发态的影响.此外,外电场下扫描两个C-Br键的势能曲线,发现外电场强度分别为0.025a.u.和0.04a.u.时两个C-Br键依次断裂分子发生逐步解离,该结果为保护环境即对二溴甲烷进行电场降解提供重要的参考依据.     

PuO分子激发态的外场效应

在相对论有效原子实势近似下,用B3LYP密度泛函方法计算优化得到了分子轴方向不同电场(-0.005~0.005a.u.)作用下,PuO的基态C∞V(X7-)几何结构、偶极矩和分子总能量。在优化构型下,用同样的基组采用含时密度泛函(TDDFT)方法(TD-B3LYP),研究了同样外电场条件下,对PuO的激发能的影响。计算结果表明,在外场作用下,对PuO的前5个激发态电子跃迁光谱属于远红外光谱,波长为2 064.7~18 900.0nm,这是钚原子的奇异特征;激发能与外电场的关系近似满足Grozema等人提出的关系。     

基于密度泛函理论的C_(24)H_(38)O_4分子外场效应研究

各种环境毒物危害着人类的健康,塑化剂更是破坏了食品安全.为研究外电场对塑化剂主要成分之一C_(24)H_(38)O_4(邻苯二甲酸二辛酯,dioctyl phthalate,DOP)的影响,采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同静电场0—0.0125 a.u.(0—6.4278×10~9 V/m)作用下DOP分子的基态几何结构,在此基础上利用同样的方法计算了DOP分子的电偶极矩和分子总能量,最后利用含时密度泛函理论在同一基组下研究了不同外电场对DOP分子紫外-可见(UV-vis)吸收光谱产生的影响,并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明:分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加,而分子总能量随着外电场的增强先增加而后急剧减小;DOP分子激发态的振子强度随着外电场的增强而减小,UV-vis吸收峰显著红移.     

外场作用下蒽分子的激发特性研究

蒽(anthracene)具有良好的热稳定性以及较高的荧光量子产率的优点, 是最早用于研究有机发光器件(organic light-emitting device, OLED)的材料之一. 在本文中, 主要利用量子化学方法研究了不同外电场对蒽分子激发特性的影响规律. 首先采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在6-311G(d, p)基组水平上对蒽分子基态结构进行优化, 基于稳定基态结构, 利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)以及同一基组水平, 计算出蒽分子的前十个激发态的激发能、跃迁偶极矩、振子强度和紫外吸收光谱等数据. 然后以密度泛函B3P86方法优化出的不同外电场下蒽分子基态结构为基础, 使用TDDFT方法研究了不同外电场对蒽分子前线轨道能级和激发特性的影响规律. 结果显示, 无场时蒽分子在紫外区域234.50 nm处有一个较强的吸收峰, 对应基态电子跃迁至第5激发态吸收光子波长; 在外电场作用下, 蒽分子电子由基态跃迁到激发态的各项光谱参数均有显著变化, 加场后蒽分子的吸收光谱发生了红移, 由紫外波段移向了紫外–可见光波段, 与实验值相符合. 分子前线轨道的计算结果也表明蒽分子的最高占据轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能量差值在不同电场下存在差异. 关键词： 蒽 外电场 激发特性     

密度泛函理论研究具有手性侧链的卟啉液晶分子几何结构与电子光谱

采用量子化学密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G水平上对具有手性侧链的卟啉液晶分子进行几何结构优化,在此基础上使用含时密度泛函理论方法计算了分子第一激发态的电子垂直跃迁能,得到最大吸收波长λmax.计算表明,手性侧链取代基对λmax的影响不大,Zn络合导致最大吸收波长兰移,与实验结果一致.     

外电场下L-茶氨酸分子的结构特征与光谱性质

L-茶氨酸(N-乙基-L-谷氨酰胺)是一类具有降压、抗氧化的非蛋白氨基酸,研究外场下它的结构和光谱特征有助于人们更好地认识L-茶氨酸分子的性质.基于密度泛函理论,利用B3LYP方法,在6-311g(d,p)基组水平上对L-茶氨酸分子进行几何构型优化,在此基础上计算L-茶氨酸分子在不同外电场下(0～0.0125 a.u.)的分子各键长与振动频率,得到对应的红外光谱.同时,在相同的基组下采用含时密度泛函方法(TD-DFT)计算外电场对分子的激发态、前线轨道和能隙的影响.结果表明:分子结构及其紫外、红外光谱都随外电场强度发生变化.随外电场的增加,伸缩振动频率红移,弯曲振动频率蓝移;最高占据轨道的能量(E_(HOMO))与最低空轨道的能量(E_(LUMO))发生改变,前线轨道能隙先小幅增加后随电场减小,分子活性先减小后增强;紫外吸收光谱先蓝移后红移.本研究对L-茶氨酸分子的检测、合成及其生物活性的研究可提供理论依据.     

外电场下C_4F_7N分子的结构与特性

C_4F_7N作为优质的SF_6环保型替代气体而备受关注.为了研究外电场对C_4F_7N分子结构和性能的影响,本文采用密度泛函明尼苏达M06-2X方法分别在6-311g(d,p)基组和aug-cc-pVTZ基组水平上对C_4F_7N分子进行优化,分析了不同外电场(0-0.040 a.u., 1a.u.=5.142×10~(11) V/m)作用下分子的结构和能量变化,外电场对分子红外光谱、ADCH电荷、偶极矩以及极化率的影响.研究结果表明:随着电场的增强,分子各键长均发生变化,其中R(1,4)、R(4,5)、R(1,12)、R(2,7)变化明显,R(1,4)、R(4,5)键长逐渐伸长,R(1,12)、R(2,7)键长逐渐缩短,分子总能量降低,偶极矩和极化率升高,C_4F_7N分子稳定性随着电场的增强而降低;分子红外光谱高频区吸收峰较为密集,且既有红移也有蓝移;ADCH原子电荷发生显著变化.     

Tuning the electronic properties of single-walled SiC nanotubes by external electric field

The electronic properties of SiC nanotubes (SiCNTs) under external transverse electric field were investigated using density functional theory. The pristine SiCNTs were semiconductors with band-gaps of 2.03, 2.17 and 2.25 eV for (6,6), (8,8) and (10,10) SiCNTs, respectively. It was found the band gaps was reduced with the external transverse electric filed applied. The (8,8) and (10,10) SiCNTs changed from semiconductor to metals as the intensity of electric field reached 0.7 and 0.5 V/Å. The results indicate that the electronic properties of SiCNTs can be tuned by the transvers electric field with integrality of the nanotubes.     

外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

本文以6-311++g(d,p)为基组, 采用密度泛函理论的B3P86方法优化得到了ZnO分子的基态稳定构型, 并计算了不同外电场(-0.05–0.05a.u.)下ZnO基态分子的稳定电子结构, 研究外电场对ZnO基态分子键长、总能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响. 结果表明: 外加电场的大小和方向对分子结构和电子特性均有明显影响. 随着正向外加电场的增加, ZnO基态分子的平衡键长先减小后增加, 而分子总能量、振动频率和红外光谱的强度均先增加后减小. 分子的最高占据轨道能量E_H、最低未占据轨道能量E_L和能隙E_g始终处于减小趋势, 因而占据轨道的电子更容易被激发至空轨道. 这一结果可为ZnO分子的电致发光机理研究提供一定的理论参考. 关键词： ZnO 外电场 结构参数 激发     

基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性

交联聚乙烯是主要的高压电缆绝缘材料.为了研究外电场对盐交联分子结构的影响,本文对Zn原子使用def2-TZVP基组, C, H, O原子使用6-31G(d)基组,运用明尼苏达密度泛函(M06-2X)对交联聚乙烯分子进行优化得到了它的稳定结构.并研究了不同外电场(0—0.020 a.u., 1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下盐交联聚乙烯分子结构和能量变化,外电场对前线轨道的能级和成分的影响,原子之间的键级、断键和红光光谱的变化.研究结果表明:随着电场的增大,交联聚乙烯分子从空间网状结构逐渐变成线性结构,总能量降低,但势能增大,偶极矩和极化率升高,交联聚乙烯分子的稳定性随着电场的增大而降低;最高占据轨道能级持续增大,最低空轨道能级从0.011 a.u.电场开始持续降低,能隙持续降低,临界击穿场强为11.16 GV/m;沿电场方向聚乙烯链端表现出亲核反应活性,它的C—C键更容易断裂,形成甲基碳负离子,逆电场方向聚乙烯链端表现出亲电反应活性,它的C—H键更容易断裂形成H正离子;分子红外光谱高频区吸收峰明显红移,低频区吸收峰既有红移又有蓝移.     

Band gap tuning of defective silicon carbide nanotubes under external electric field: Density functional theory

We have theoretically investigated the effect of applying longitudinal and transverse electric field on silicon carbide nanotubes with different orientations of Stone Wales defects. We found that each type of Stone Wales defects maintained different formation energy. We have also successfully proved that the orientation of Stone Wales defects in silicon carbide nanotubes response quite differently upon applying external electric field, whereas, two important and interesting phenomena were observed. First, the semiconductor-metal phase transition occurred in silicon carbide nanotubes as well as the three types of Stone Wales defects. However, clear band gap variations were observed in all silicon carbide nanotubes under study. Second, the band gap variations in pristine silicon carbide nanotubes and nanotubes with different orientations of Stone Wales defects have the same trend, even though all silicon carbide nanotubes have clear band gap values under different strengths of the applied external electric field. However, band gap tuning under longitudinal electric field is less significant compared to band gap tuning under the transverse electric field.     

Para-Xylene分子结构和光谱的外场效应研究

对二甲苯(PX)是一种重要的化工原料，广泛地用于合成聚脂纤维树脂，是医药和农药用聚合单体，因此了解对二甲苯分子结构和光谱的外场效应具有十分重要的意义。为研究外电场对PX分子结构和红外(IR)光谱产生的影响，本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.030 a.u.，0～1.542×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何结构，在此基础上利用同样的方法计算了PX分子在不同电场下的振动频率，得到了分子的IR光谱，最后对PX的分子结构和IR光谱受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：频率497 cm-1的吸收峰为苯环上的C1-H7和C2-H8的面外摇摆振动，812 cm-1的吸收峰是苯环上的C4-H9和C5-H10的面外摇摆振动，1 547 cm-1为苯环上的C1-H7和C2-H8的面内弯曲振动，3 017 cm-1为甲基上的C11-H14和C15-H17的伸缩振动所产生，3 164 cm-1为苯环上的C4-H9和C5-H10的伸缩振动所产生；外电场与分子内电场的叠加效应使得R(4, 9)，R(5, 10)，R(11, 14)和R(15, 17)等的键长随着外电场的增强急剧增长，而R(1, 7)，R(2, 8)，R(11, 12) 和R(15, 16)等随着外电场的增强变化不明显；随着R(4, 9)和R(5, 10)的增加，吸收峰Ⅱ和Ⅴ出现了明显的红移，它们的频率分别减少了133和140 cm-1，峰Ⅳ在外电场较弱时频率增加，而当外电场较强时频率又开始减小，峰Ⅰ和Ⅲ的频率变化不明显。总之，在外电场的作用下，分子结构变化剧烈，红外光谱吸收峰出现了红移或蓝移，伴随着吸收峰的移动，分子的摩尔收系数ε也进行了重新分配，分子的振动斯塔克效应(VSE)明显。     

LiF分子在外电场中的物理性质研究

本文采用量子力学从头算方法,运用密度泛函B3LYP方法在6-311基组水平上, 对不同外加电场(--0.15---0.15a.u.) 作用下LiF分子基态的稳定电子结构进行了计算,研究了外电场对LiF分子键长、能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响规律.结果表明,随着Z方向外电场的增加,分子键长、偶极矩和能隙递增,原子电荷也递增,总能量降低, 频率及其红外强度递减, LiF基态分子势能曲线降低,离解能减小.     

基于外电场作用氟氯碳酰的光谱特性和解离特性

采用密度泛函方法(DFT)在B3LYP/6-31G(d)水平上优化计算了在不同外电场作用下氟氯碳酰分子的物理性质,包括键长、键角、分子体系总能量、偶极矩、能隙、红外光谱、拉曼光谱以及解离特性.研究表明在外电场(-0.02—0.07 a.u.)作用下,氟氯碳酰分子结构有明显的变化,随着外电场的增强,分子C-O键长、C-Cl键长逐渐增大,C-F键长逐渐减小,分子体系总能量、能隙先增大后减小,偶极矩先减小后增大;分子红外光谱的O p-deform、CCl stretch(str)、CF str振动发生了蓝移,CO str振动发生了红移,CO deform振动先红移后蓝移,分子拉曼光谱的O p-deform、CCl str、CF str、CO str振动移动情况与红外光谱相同,当外电场强度为0.03 a.u.时,分子C-Cl势垒消失,分子发生解离,当外电场强度为-0.005 a.u.时,分子两个键断裂,发生逐步解离.研究工作为进一步研究氟氯碳酰分子的解离特性及臭氧层的保护提供理论依据.