密度泛函理论研究5-单苯基卟啉分子的几何结构和拉曼光谱

利用密度泛函理论(DFT)计算了5-单苯基卟啉(H2MPP)的几何结构和拉曼振动频率. 计算表明, 单个次甲基位置上的苯基取代降低了卟啉骨架大环的对称性. 苯基团取代对次甲基位置附近结构的影响较大, 而对吡咯环结构的影响较小. 计算给出的拉曼振动频率(校正因子为0.971)与实验测量数据吻合较好, 均方根误差(RMS)小于6.7 cm-1. 根据理论计算结果对实测拉曼光谱进行了指认, 计算分析和实验观察同时表明, 单个次甲基位置上的苯基取代导致卟啉大环的一些平面内简正振动, 如ν6、ν20、ν24和ν32等简正振动发生分裂. 分析认为其根本原因为单苯基取代导致的卟啉骨架大环对称性的降低.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.     

针尖增强拉曼光谱应用于单分子研究的进展

拉曼光谱因可表征物质的化学信息而被广泛应用,特别是表面增强拉曼光谱(SERS)能够在单分子水平研究物质的化学结构信息,但SERS技术对基底粗糙度要求较高,无法获得令人满意的空间分辨率。扫描探针显微技术的出现使在原子水平研究物质的形貌成为可能,但该方法不能同时获得原子/分子的化学信息。针尖增强拉曼光谱(TERS)技术则集两者于一身,已被广泛用于物质的单分子物理化学性质的研究。本文在回顾TERS及相关技术发展的基础上,介绍了TERS技术的原理及性能,简述了TERS技术用于单分子研究的部分典型结果,并展望了该技术的发展前景。     

苯酚分子拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用B3LYP杂化泛函,6-31++G(d,p)基组,对苯酚分子的结构进行了优化.通过频率计算,获得了苯酚分子的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认.绘制了苯酚分子的静电势分布图,讨论了苯酚分子发生化学反应的位置,同时计算了HOMO-LUMO的能级差.通过TD-DFT计算获得了苯酚分子的吸收光谱和激发态.     

基于电化学方法研究以铜和银为电极的对苯二甲酸单分子结电导

利用基于电化学跳跃接触的扫描隧道显微镜裂结法(ECSTM-BJ), 通过现场形成金属电极, 对以Cu和Ag为电极的对苯二甲酸单分子结电导进行了测量. 研究结果表明: 利用该方法对所有数据直接线性统计即可得到很好结果; 两种电极下都存在两套高和低电导值, 其中以Cu为电极的单分子结电导高低值分别为11.5和4.0 nS, 而以Ag为电极的单分子结电导分别为10.3和3.8 nS, 高值都约为低值的3倍, 且以Cu为电极的单分子结电导要略大于以Ag为电极的电导, 可归结于电极和分子的耦合不同造成的. 与同样条件下测量得到的烷基链羧酸单分子结电导只存在一套值相比,对苯二甲酸表现出两套电导值, 反应了分子内主链对分子结电导的影响.     

高精度透热模型研究离子中的电子-离子-振动光谱

构建了一套完整的高精度数值模型, 成功地将透热理论应用于多原子分子体系(n≥5)的高分辨电子-振动光谱理论研究. 提出了在笛卡尔坐标系下处理分子体系中势能面圆锥交叉点位置简正振动模式的方法; 发展出递归算法处理任意高阶谐振子升降算符作用下的哈密顿矩阵元, 解决了量子力学变分法中利用谐振子基函数求解薛定谔方程涉及到高阶项时的数值计算困难.     

锂硫电池中碳酸乙烯酯与硫簇反应拉曼光谱的理论研究

通过密度泛函理论(DFT)计算了锂硫电池中多硫阴离子(S2-n)和碳酸乙烯酯(EC)的2种反应机理,并对其反应物和主要产物的拉曼光谱进行了理论分析.计算结果表明,2种反应路径中,S2-n进攻EC分子烷基碳所需活化能和Gibbs自由能均较低.多硫基团有很强的拉曼特征谱峰,与EC分子相关的部分拉曼谱亦发生显著变化.锂离子的存在影响反应产物的结构和拉曼光谱.密度泛函理论计算提供了锂硫电池中锂、多硫阴离子和电解液反应前后的结构变化和反应信息.     

气/液界面Langmuir单分子膜的原位拉曼光谱

提出了一种原位测量气/液界面Langmuir单分子膜拉曼光谱的新方法, 即利用SERS技术, 通过降低亚相的方法来获得气/液界面Langmuir单分子膜的原位拉曼光谱. 利用这种方法, 用原位拉曼光谱测量系统得到了信噪比较好的十八胺及二棕榈酰磷脂酰胆碱单分子膜的拉曼光谱, 在分子水平上获取了单分子膜中的结构信息.     

气液界面磷脂单分子膜的表面增强拉曼光谱

采用纳米银胶作为成膜亚相, 原位获得了十八胺单分子膜、十八胺/卵磷脂复合膜的表面增强拉曼信号.研究表明,增强主要来源于亚相中的银粒子与成膜分子之间较强的作用.通过在磷脂膜内添加十八胺分子辅助增强而获取了卵磷脂的分子振动信息.     

基于谷胱甘肽修饰的金纳米簇选择性检测铜离子

建立了一种基于谷胱甘肽(GSH)包裹的金纳米簇(AuNCs)高选择性检测水中和血清中铜离子(Cu²⁺)的方法。Cu²⁺与AuNCs配体上的氨基(NH₂)和羧基(COOH)发生配位作用,阻断配体-金属间或配体-金属-金属间的电荷转移,导致AuNCs的荧光猝灭; EDTA与Cu²⁺具有更强的配位作用,可将Cu²⁺从AuNCs表面移除,使AuNCs荧光恢复。本研究中, AuNCs发射红色荧光,避免了复杂生物基质背景荧光的干扰,在pH=5.5的条件下,可快速、灵敏、高选择性地检测Cu²⁺,检出限为23 nmol/L。血清和水样中Cu²⁺的加标回收率为96.2%～100.1%。本方法在药物分析、环境监测、临床诊断等方面具有广阔的应用前景。     

基于表面增强拉曼光谱技术快速检测铜离子

肝豆状核变性(WD)是一种常染色体隐性遗传疾病,以因铜(Cu)代谢障碍引起的肝硬化以及因基底节损害为主造成的脑变性为特征,是少数可治愈的神经性遗传疾病之一。本研究建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测Cu²⁺的方法。制备了形貌均一、热点密集的金纳米棒(AuNRs)基底,并在其表面修饰4-巯基吡啶(Mpy),由于Mpy中吡啶环上的氮原子存在孤对电子, Cu²⁺与其配位,并使其拉曼光谱发生变化,据此实现高灵敏度、高选择性检测Cu²⁺。优化了反应条件,在25℃、反应2 min的条件下,Cu²⁺的线性检测范围为4.9×10^-8～1×10^-4 mol/L,检出限为49 nmol/L。将本方法应用于人工尿液中Cu²⁺的检测,相对标准偏差<7.8%。本方法操作简单、快速准确、检测过程无损,在WD的早期临床诊断与治疗方面具有良好的应用潜力。     

双氰胺在金团簇上吸附的密度泛函理论和表面增强拉曼光谱研究

双氰胺是氰胺的二聚体,具有亚氨式和氨式两种互变异构体.将表面增强拉曼光谱(SERS)与密度泛函理论(DFT)结合,研究了互变异构的双氰胺分子在金表面的吸附行为.通过理论计算获得了亚氨式和氨式双氰胺分子的能量、分子轨道和光谱信息,以及双氰胺分子吸附在金簇表面的SERS响应.计算结果表明两种异构化的双氰胺分子都与Au₃簇形成较稳定的复合物,并且双氰胺分子中N₂原子优先吸附在金簇表面.拉曼实验结果与计算结果较为吻合,进一步说明具有互变异构的双氰胺分子在金基底中共存,并通过N₂原子垂直吸附到金表面,符合SERS电磁场增强机制.     

生物活性分子的拉曼光谱电化学研究(英文)

本文概述了采用电化学现场拉曼光谱技术研究氧化物歧化酶在L 半胱氨酸修饰金电极表面的电子迁移反应以及腺嘌呤共存条件下超氧化物歧化酶在金电极表面的电子迁移反应和不同电位下银电极表面烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的吸附等体系的反应吸附特性 .所得结果对于分析和研究生物活性分子电化学过程机理具有重要意义 .     

银电极表面异亮氨酸单分子膜结构和表面性质的表面增强拉曼光谱研究

利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术研究了在粗糙化银电极表面吸附的异亮氨酸自组装单层膜结构及其表面性质随溶液酸碱性和电极电位改变的特征.研究结果表明溶液pH值的变化并没有显著改变异亮氨酸分子在银电极表面以去质子化羧基吸附为主的特征.借助于高氯酸根离子这一SERS光谱探针,对异亮氨酸单分子膜的表面酸碱性质进行了表征和分析.而就电位改变对该单分子膜结构的影响而言,在所研究的电位范围内,单分子膜中的异亮氨酸分子是通过去质子化羧基与氨基两个位点而吸附的,且吸附作用随电位负移而呈现有规律的变化.     

水汽界面二维银颗粒表面上的单分子拉曼光谱检测

随着各种超灵敏分析仪器的发展 ,已经可以在低温固体中、室温液体中和电介质表面检测、鉴定单分子及其动力学行为 .这种新进展为科学家在分析化学、分子生物学和纳米结构材料等各种学科的应用开辟了许多新的视窗 .单分子谱学的研究在基础科学和应用科学方面引起了人们广泛的兴趣 .人们不仅希望能够“看到”单分子 ,而且希望了解单分子的物理化学行为 .在各种超灵敏检测技术中 ,拉曼光谱成为一种重要的技术 .由于原子力显微等微区技术的发展 ,并结合高灵敏度检测技术的进步 ,拉曼光谱已经发展成为一种检测灵敏度可以达到分子级的检测技术 [1,…     

利用超额拉曼光谱研究硝酸镁水溶液中的离子对

利用超额拉曼光谱研究了室温下硝酸镁(Mg(NO₃)₂)溶液的离子缔合情况. 测量了该溶液羟基(－OH)伸 缩振动谱段和NO₃^-全对称伸缩振动谱段的拉曼光谱, 利用超额拉曼光谱及光谱拟合分析了这些光谱数据. － OH伸缩振动谱段的超额拉曼光谱显示, 低浓度(<2.3 mol·kg^-1)下阴离子第一水合层的水分子含量随溶液浓度 的升高呈线性关系增加, 在较高浓度时(>2.3 mol·kg^-1), 该含量变化偏离了线性关系, 这是因为Mg(NO₃)₂溶液 在高浓度时存在直接接触离子对导致的. 同样的转折点浓度也在对NO₃^- 全对称伸缩振动谱段的分析中被观测 到. 除了直接接触离子对, 还观测到三种溶剂分隔型离子对. 对该谱段下所有浓度的拉曼光谱和超额光谱进行 同时拟合, 给出了不同浓度下各种离子对的相对含量, 结果显示在0.23-4.86 mol·kg^-1浓度范围内都有溶剂分 隔型离子对和直接接触型离子对. 当Mg(NO₃)₂浓度低于2.3 mol·kg^-1时, 所有离子对的相对含量随浓度增加呈 现直线上升, 在高于这个浓度后直接接触离子对的相对含量急剧增加, 一种溶剂分隔型离子对的相对含量增加 变缓, 另一种溶剂分隔型离子对的相对含量逐渐减少, 还有一种溶剂分隔型离子对相对含量的增加趋势保持不 变, 在Mg(NO₃)₂浓度大于3.5 mol·kg^-1后, 其相对含量不再发生明显变化.     

小金刚烃分子结构和拉曼光谱的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G^*水平上,对金刚烃分子(C_4n+6H_4n+12,n=1～4)的全部七种分子结构进行构型优化,筛选出最低能量构型.并在此基础上,对其拉曼光谱进行计算,根据振动模式对其特征峰进行了指认.     

La(Ⅲ)-乙醇溶液微团簇理论和光谱研究

利用分子光谱和基于密度泛函理论的第一性原理,采用改进的TPSSTPSS泛函方法对C、H、O原子用6-31G基组并添加极化和弥散函数,对La原子选用Def2-SV(P)赝势基组,研究La3+/乙醇溶液微团簇构型。优化计算La3+在水溶液中的溶剂化结构,得出气相中的优化结果可以近似代替液相结果的结论;理论优化计算La3+/乙醇溶液可能存在的结构构型的结果表明,溶剂化数n=6时结构最稳定。采用荧光光谱和核磁共振实验对结果进行了验证,表明La3+的加入使荧光强度显著增强,在高浓度时生成的团簇构型比较稳定,且随着溶剂化数目的增加,O—H键长增大,La3+使其附近的质子产生强大的屏蔽效应,化学位移向高场移动,溶剂化数n=6时绝对误差最小,最稳定,与理论计算结论相吻合。     

对二甲苯分子和离子态振动光谱的理论计算

利用Gaussian98从头计算程序在6 31G计算水平下对对二甲苯（p C8H10）分子和离子态进行了几何优化及其振动光谱的理论计算.计算的分子第一激发态振动光谱与实验结果相当符合，同时计算了离子态的振动频率，并对实验的离子振动光谱谱峰进行标识，其中在341 cm－1处谱峰的振动模为3.