NiTi过渡金属团簇的结构和芳香性的理论研究

在B3PW91/6-311+G(d)计算水平上, 计算并讨论了Ni₄Ti₂, [Ni₄Ti₂]²⁺, [Ni₄Ti₂]^2-与Ni₄Ti₄, [Ni₄Ti₄]²⁺, [Ni₄Ti₄]^2-团簇的几何结构和芳香性. 在构型优化过程中得到了Ni₄Ti₂(D_4h), [Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h), [Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)和Ni₄Ti₄(D_2h)4个稳定构型, 发现当引入上下2个Ti原子后, Ni₄环成为了平面正方形构型. 核无关化学位移(NICS)计算结果表明, Ni₄Ti₂(D_4h)与Ni₄Ti₄(D_2h)的NICS值为正, 而[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值为负, 且[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值更负. 同时还发现, 由s与d轨道参与形成的反磁性环流是引起[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)具有较大芳香性的主要原因; 其中Ti原子主要提供d_z²与s轨道, 而Ni原子主要利用其d_z²与d_x²-y²轨道形成正方形环, 它们之间构成了球状的d轨道环流, 且[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)中还有非常明显的π轨道环流.     

小尺寸金属团簇熔化过程的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了小尺寸金属团簇的熔化过程, 原子之间的作用采用嵌入原子法(EAM)模型, 计算了均方根键长涨落δ随温度的变化, 以及升温过程中团簇热容的变化. 包含55、56个原子的面心立方(FCC)结构Au团簇的熔化过程是基本相同的. 而同样结构和数目Cu团簇的熔化过程却呈现出不同的趋势. Cu55、Cu56在模拟过程中都出现了FCC结构到二十面体结构的转变. 但由于表面多出了一个原子, Cu56的热容曲线比Cu55多了一个峰, 体系出现了预熔化现象. 这表明小尺寸团簇的固液转变的过程与团簇的原子类型、几何结构和原子数目密切相关.     

水溶液中金属团簇的脉冲辐解研究进展

介绍了以脉冲辐解技术为手段研究水溶液中单金属团簇的形成机理,并对团簇的性质及其反应进行了简要的概括,对今后团簇的发展趋势进行了展望.     

纳米团簇的超分子自组装

在纳米材料的应用过程中, 纳米团簇或纳米粒子的组装将是非常关键的一步。纳米团簇的超分子化学组装方法可分为两类, 即胶态晶体法和模板法。胶态晶体法是利用胶体溶液的自组装特性将纳米团簇组装成超晶格, 可得到二维或三维有序的超晶格。模板法是利用纳米团簇与组装模板间的识别作用来带动团簇的组装, 可应用的模板有固体膜、单分子膜、有机分子、生物分子等。其中, 单分子膜模板是研究最多也是最为成熟的一种; 生物分子间严密的分子识别功能使其成为非常有发展前途的组装模板, 而且用生物分子模板有可能实现不同纳米团簇间的组装。     

铝原子Bernal多面体团簇的理论研究

将遗传算法用于铝原子团簇的构型计算.运用这种方法,从任意构型开始,较好地计算了6、8、9、10个铝原子组成的原子团簇的能量最低时的构型,发现这四种铝原子团簇的能量最低构型分别取四种Bernal多面体排列.并对得到的四种构型用密度泛函方法（DFT）进行量子化学计算,结果表明，这类构型是势能面上的极小值点,可以稳定存在.     

原子-分子理论的历史发展

原子理论和分子理论是对于物质结构的认识的两个方面;这两方面的问题不可不加以区别,然又不可加以分割。在化学发展过程中,足足地经过半世纪,甚至可说一个多世纪,这一问题在十九世纪六十年代开始才被正确地解决。这段历史无可置疑地说明人类对自然的认识所走的道路不是一条直线,往往是迂回曲折,逐渐深入,才把它打通的。打通之后,就形成了唯物辩证法的一个良好范例。说来很足惊奇,尽管原子-分子理论在十九世纪中叶以后才被确定,但其基本观念却为俄国伟大科学家罗蒙诺索夫在十八世纪已创建起     

镍族金属团簇在催化加氢过程中的应用

Nanoparticles of precious metals play an important role in many heterogeneous catalytic reactions due to their excellent catalytic performance. As an idealized model, gas phase metal clusters have been extensively utilized to understand catalytic mechanisms at a molecular level. Here we provide an overview of our recent studies on H₂ dissociative chemisorption on nickel family clusters. The structure evolution and the stability of the metal clusters were first compared. H₂ dissociation on the clusters was then carefully addressed to understand the capability of metal clusters to break the H-H bond. Two key parameters, the dissociative chemisorption energy (ΔE_CE) and the H sequential desorption energy (ΔE_DE), were employed to characterize the catalytic activity of metal clusters. Our results show that both ΔE_CE and ΔE_DE decline significantly as the H coverage increases. Since the catalyst is in general covered entirely by H atoms and H₂ molecules in a typical hydrogenation process, and maintained at a pre-determined pressure of H₂ gas, we can rationally use the calculated ΔE_CE and ΔE_DE values at full H saturation to address the activity of metal clusters. Our results suggest that at full H coverage, each Pt atom is essentially capable of adsorbing 4 H atoms, while each Ni or Pd atom can only accommodate 2 H atoms. Considering the similar values of H desorption energies on Pt and Pd clusters, the higher average H capacity per Pt atom could probably lead to a faster reaction rate because more active H atoms are produced on the Pt catalyst particles in the hydrogenation process. Finally, the charge sensitivity of the key catalytic properties of Pt clusters for hydrogenation was systematically evaluated. The results show that the dissociation of H₂ and H desorption are strongly correlated to the charge state of the Pt clusters at low H coverage. However, at high H-capacities, both ΔE_CE and ΔE_DE fall into a narrow range, suggesting that the charge can be readily dispersed and that the Pt-H bonds average the interaction between clusters and H atoms. As a result, the H-capacities on charged clusters were found to be similar as the cluster size increased; in case of sufficiently large clusters, the reactivity of a fully saturated cluster was no longer sensitive to its charge state.     

基于多金属氧簇的手性超分子液晶

以手性诱导为切入点,采用含胆固醇基团的季铵盐表面活性剂静电包覆缺位的Keggin结构多金属氧簇K7PW11O39·12H2O,得到了手性介晶阳离子修饰的多金属氧簇杂化超分子复合物。圆二色谱对该复合物光学活性的表征说明外围的手性表面活性剂可以通过静电相互作用诱导复合物显示出手性。利用差示扫描量热曲线法、偏光显微镜观察和变温X射线衍射详细研究了该复合物的热性质和相行为,结果表明该复合物在较宽的温度范围内具有热致液晶性质,是一种典型的手性近晶A相离子液晶材料。     

基于多金属氧簇的手性超分子液晶

以手性诱导为切入点,采用含胆固醇基团的季铵盐表面活性剂静电包覆缺位的Keggin结构多金属氧簇K₇PW₁₁O₃₉·12H₂O,得到了手性介晶阳离子修饰的多金属氧簇杂化超分子复合物。圆二色谱对该复合物光学活性的表征说明外围的手性表面活性剂可以通过静电相互作用诱导复合物显示出手性。利用差示扫描量热曲线法、偏光显微镜观察和变温X射线衍射详细研究了该复合物的热性质和相行为,结果表明该复合物在较宽的温度范围内具有热致液晶性质,是一种典型的手性近晶A相离子液晶材料。     

Ni原子活化氨分子理论研究

在UB3LYP/6-311＋＋G(3df,3pd)水平下, 详细研究了Ni活化NH₃分子的单重态和三重态势能面, 并用分子中的原子量子理论(Quantum Theory of Atom-in-Molecular, QTAIM)计算了势能面上所有驻点的性质. 计算结果表明, 单重态势能面有两条反应途径, 而三重态势能面仅有一条反应途径. 第一个N—H断开的活化能较低, 为99.96 kJ/mol, 活化自由能为100.86 kJ/mol,在常温下就可以进行; 第二个N—H键断裂所需能量高达200 kJ/mol, 不容易进行. 在合适温度下, Ni可以活化NH₃得到三重态HNiNH₂, 这表明Ni可以作为活化NH₃分子的良好催化剂.     

金属团簇在单晶表面的稳定性和扩散行为的Monte Carlo研究

The stability and diffusion behaviors of 1.3 MPa Pt, Pd, Ni and Cu clusters supported on Pd(001) surface were studied by the Monte Carlo method. The support surface can strongly influence the stability and diffusion behaviors of the supported clusters. The structure transition temperatures of the supported clusters are much lower than the melting temperatures of their corresponding free clusters due to the vibration coupling between the support and the clusters. The stability of the supported clusters depends on not only the strength of metal support interaction but also the strength of the metal metal interaction. The diffusion constants of supported 1.3 MPa clusters are similar to those of corresponding metal atoms. Combining the diffusion parameters with the critical temperature of the supported clusters, the thermal stability is closely related to the diffusion behaviors of the metal clusters.     

镍族金属团簇在催化加氢过程中的应用（英文）

贵金属纳米颗粒具有优异的催化活性,是异相催化反应中的重要角色。作为一种理想的研究模型,气相金属团簇被广泛应用于在原子和分子尺度探究催化反应的机理。在本专论中,我们将本课题组近年来关于氢气在镍族金属团簇上的解离吸附进行了回顾。首先,我们对比了不同金属团簇的结构演化规律和相对稳定性。随后,我们系统研究了H_2分子在金属团簇上的解离吸附行为,揭示了不同金属对H―H键的解离能力。为了表征不同金属团簇的催化活性,我们定义了两个关键参数:氢气的解离吸附能(ΔE_(CE))和H原子的连续脱附能(ΔE_(DE))。结果显示,随着H覆盖度的增大,ΔE_(CE)和ΔE_(DE)都呈现显著的下降。由于在实际的催化反应中,氢气总是维持在一定的分压下,这就意味着催化剂金属应该总是处于较高的H覆盖度下。因此,通过处于H饱和状态下的ΔE_(CE)和ΔE_(DE)来评估金属团簇的催化能力是合理可行的。我们发现,在饱和H吸附状态下,每一个Pt原子可以容纳4个H原子,而每一个Pd或Ni原子则只能吸附2个H原子。考虑到H原子在这些团簇上的脱附能力相当,Pt团簇相对较高的H吸附量将极大提高其在加氢过程中的催化活性。最后,我们系统研究了带电状态对Pt团簇催化性能的影响规律。结果显示,在H覆盖度较低时,H2分子的解离以及H原子的脱附过程受Pt团簇带电状态的影响较大。在饱和H吸附时,由于大量H原子的吸附,电荷的影响被平均化到每个Pt―H键上,导致ΔE_(CE)和ΔE_(DE)都收敛到一个非常小的区域。此外,当团簇的尺寸增大时,其所带的电荷被大量的Pt原子分摊,每个Pt原子仅携带极少的电荷,使得电荷的影响已经可以忽略。     

环香叶烷型化合物在金属团簇表面吸附的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的B3LYP方法对环香叶烷型代表性化合物紫罗兰酮进行了理论研究,尤其是研究了其在银团簇表面吸附的几何结构、电荷转移、红外光谱和电子亲和能等性质.结果表明,α-紫罗兰酮的吸附位点在C=O键上,而β-紫罗兰酮吸附位点在C=C(主要)和C=O键上,并且这两种结构上的电荷都转移向银团簇,说明此银团簇可以作为较强的吸电子基存在.同时,由于银团簇较强的吸电子特性,导致红外光谱发生"红移".研究也发现两种紫罗兰酮在团簇表面的吸附使得其电子亲和能变大,电离能变小,而吸附能的计算结果表明α-紫罗兰酮与银团簇形成的配合物更加稳定.这些研究为探索其在化学和医学领域的潜在应用提供了重要的理论参考.     

三原子分子振转激发态成簇现象理论研究

在只考虑弯曲振动与总角动量的耦合,而冻结伸缩振动的模型下,采用Jacobi多项式作为弯曲振动的基函数,用严格的变分法研究了H_2O分子的振转激发态的成簇现象.本文计算了H_2O分子的振转能级和函数,研究了振动激发态下转动高激发态光谱中出现的成簇态.     

三原子分子振转激发态成簇现象理论研究

在只考虑弯曲振动与总角动量的耦合,而冻结伸缩振动的模型下,采用Jacobi多项式作为弯曲振动的基函数,用严格的变分法研究了H~2O分子的振转激发态的成簇现象。本文计算了H~2O分子的振转能级和函数,研究了振动激发态下转动高激发态中出现的成簇态。     

铌团簇和配合物的多面体分子轨道理论研究

应用多面体理论方法研究铌纯金属团簇和配合物的电子结构成键性质,并将理论预测结果用密度泛函方法验证.证实多面体理论是简便预测过渡金属簇,尤其是簇骨架电子结构的有效方法.铌的小团簇总是以低自旋密堆积结构为稳定构型,当体系的价电子数满足轨道成键数时,用该方法可较准确地推断成键性质(如Nb₄和[Nb₆Cl₁₂]⁺⁴);而对于不满足成键数的体系(如Nb₅和Nb₆),则可利用该理论分析畸变趋势.     

NaΩ分子筛中钠金属团簇的NMR、EPR及碱催化研究

首次报道了方钠石笼结构外的沸石结构——Ω分子筛与钠金属蒸气的作用。由于菱钾沸石笼的三个8元环孔径较大,又直接与12元环主孔道相连通,不能产生形成离子簇的“笼”作用,而只能在主孔道中形成钠金属团簇。实验表明钠金属团簇在NaΩ分子筛孔道中具有强的碱催化活性。     

改进的EHMO理论Ⅱ.通式及其在异核双原子分子和多原子分子上的应用

本文将前文提出的对EHMO理论改进的校正因子(I_p~O-Y_p)e~(-a/2R)推广应用于异核双原子分子和多原子分子。用异核双原子分子LiH,NaH,KH,CuH,MgH,CaH,OH,HCl,HF,BeO,NaCl,NaNe和多原子分子BrCN,CH_4,CH_3F,,考核了改进EHMO理论的计算通式,得到了较满意结果。结果表明,经改进后的EHMO计算通式,用于研讨分子的稳定空间构型时,所得结果与实验值间误差不大于30％。     

新的双金属簇原子大分子已合成

伊利诺大学B.K.Teo教授的研究小组最近合成了一种原子数仅次于1986年米兰大学G.Longoni的金属簇化合物,并确定了其结构。该化合物的化学式为[CH_3(C_6H_4_3P]_(12)Au_(1?)Ag_(20)Cl_(14),Longoni合成的分子化学式为[Pt_6Ni_(38)(CO)_(43)H_(6-n)]~(n-)(n=4,5)。在Teo     

Pd6簇与H2分子相互作用的密度泛函理论研究

通过相对论有效核势密度泛函理论计算,优化了Pd6(H)2和Pd6(H)4等簇的平衡几何结构,预测了氢分子在Pd6簇表面上的吸附行为与活化解离性质.计算结果表明,单态的Pd6簇可以活化两个氢分子;第一个H2和第二个H2吸附解离过程速率决定步骤的能垒分别是66.4和24.5kJ/mol、在形成的分子氢配合物Pd6(H2)和Pd（H)2H2中,H2主要作为给电子配体.在最稳定的二氢簇合物Pd6(H)2中,H倾向与3个Pd相互作用,形成面位氢的多核成键吸附方式.