两种四噻吩并萘分子晶体电荷传输性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的电荷跳跃模型和随机Monte Carlo模拟,研究了2种四噻吩并萘晶体(AT1和AT2)的分子结构、电子性质及电荷载流子传输参数,并预测了这2种晶体室温下空穴和电子迁移率的各向异性.结果表明标题化合物具有近似平面的刚性骨架结构,电荷传输过程中分子的结构弛豫相当小.基于绝热势能面法计算的AT1和AT2分子空穴/电子传输内重组能分别为9.300×10~(-2)/1.100×10~(-1)eV和1.020×10~(-1)/1.290×10~(-1) eV,外重组能分别为1.835×10~(-2)/1.711×10~(-2) eV和1.857×10~(-2)/1.747×10~(-2) eV.利用Monte Carlo随机模拟方法预测的2种分子晶体室温(300K)下空穴/电子迁移率平均值分别为4.976×10~(-3)/2.766×10~(-2) cm~2 V~(-1)s~(-1)和3.857×10~(-3)/1.478×10~(-2)cm~2 V~(-1)s~(-1).此外,迁移率的角度依赖性研究表明2种载流子在AT1和AT2晶体aob平面传输时表现出显著的各向异性,其最大值均沿着电荷传输积分最大的方向,为制备高性能场效应晶体管器件提供了参考.     

多溴代二苯胺热力学性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对209个多溴代二苯胺(PBDPA)系列化合物进行了全优化和振动分析计算, 得到各分子在298.15 K, 101.3 kPa标准状态下的热力学参数. 设计等键反应, 计算了PBDPA系列化合物的标准生成热(ΔfHÖ)和标准生成自由能(ΔfGÖ). 研究了热力学参数SÖ与溴原子的取代位置及取代数目(NPBS)之间的关系, 结果表明: PBDPA系列化合物的SÖ, ΔfHÖ和ΔfGÖ与NPBS之间有很强的相关性(R2≥0.984). 根据异构体标准生成自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性. 以Gaussian 03程序的输出文件为基础, 采用统计热力学程序计算了PBDPA化合物在200 K至1000 K的摩尔恒压热容(Cp,m), 并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程, 发现Cp,m与T, T－1和T－2之间有着很好的相关性(R2＝1.000).     

戊唑醇的分子结构、理论计算及热力学性质研究

在甲苯溶剂中利用缓慢蒸发法得到1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-3-(1H-1,2,4-三唑基甲基)戊醇-3（戊唑醇）的单晶,通过 X射线单晶结构分析法测定其晶体结构,晶体属单斜晶系,空间群为P2(1)/c,晶胞参数为：a = 1.1645(1) nm,b = 1.6768(2) nm,c = 1.7478(2) nm,β= 92.055(2),Dcalc.= 1.199 g/cm3,Z = 4,F(000)= 264。运用密度泛函理论 (DFT) B3LYP得到其优化几何构型并得到其频率。计算得到的结构参数与相应的实验值十分接近。运用微热量仪对标题物进行比热容测定,在所测温度范围283~353 K内,比热容随温度呈稳定的线性变化,根据测定的比热容方程,计算出戊唑醇以298.15 K为基础在283~353 K温区的的热力学函数：焓、熵和吉布斯自由能。     

多溴代二苯硫醚系列化合物的热力学性质和稳定性的理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对209个多溴代二苯硫醚(PBDS)系列化合物进行了全优化和振动分析计算,得到各分子在298.15K,1.013×105Pa标准状态下的热力学参数.研究了热力学参数S与溴原子的取代位置及取代数目(NPBS)之间的关系,结果表明:S与NPBS之间有很强的相关性(R2=0.993).设计等键反应,计算了PBDS系列化合物的标准生成热(△fH)和标准生成自由能(△fG).根据异构体标准生成自由能的相对大小,从理论上求得异构体的相对稳定性.以Gaussian03程序的输出文件为基础,采用统计热力学程序计算了PBDS化合物在200至1000K的摩尔恒压热容(Cp,m),并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程,发现Cp,m与T,T-1和T-2之间有着很好的相关性(R2=1.000).     

芴-硫芴共聚物的电子结构和光谱性质的理论研究

用DFT-B3LYP方法对低聚物(PF30T)_n [n(芴)∶n(硫芴)＝2∶1, 物质的量之比, n＝1～4], (PF50T)_n [n(芴)∶n(硫芴)＝1∶1, 物质的量之比, n＝1～4]体系全优化, 得到两系列低聚物的电离能(IP_(a,v))、电子亲和势(EA_(a,v))、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP). 在此基础上用ZINDO和TD-DFT方法计算吸收光谱, 分析了两个系列的HOMO-LUMO能隙随着n递增的变化趋势及硫芴含量对低聚物电子结构和光谱性质的影响, 推断了高聚物的电子和光谱性质. 用ab initio CIS方法优化了低聚物的S₁激发态结构并分析了其与发射光谱的关系. 研究显示: 2,8位引入的硫芴基团, 破坏了链的共轭, 而且随着硫芴含量的增加, HOMO-LUMO能隙变大, 光谱蓝移; 激发态结构趋于共面化.     

叠氮二氢硼多聚体结构和性质的理论研究

本文采用DFT-B3LYP方法,以不同基组对叠氮二氢硼多聚体(H2BN3)n (n=1-4)进行计算研究.二聚体(H2BN3)2(C2h对称性)中含B2N2平面四元环结构.船式(Cs对称性)和椅式(C3v对称性)三聚体(H2BN3)3的结合能相近(-122 和 -126 kJ·mol-1),其中均含B3N3六元环结构.拥有B4N4八元环结构的四个四聚体的结合能只有稍微差别.与单体相比,簇合物的结构参数变化较大.由ΔG0T可知,298.2 K下单体形成二聚体在热力学上是不利的,而形成三聚体和四聚体是有利的.     

2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英(2,3,7,8-TCDD)及其同型物的晶体结构和电子结构研究

The crystal structures of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin(2, 3, 7, 8-TCDD) and its analogues have been determined. And the semiempirical INDO calculations for this type of compounds have been undertaken. Their characteristics of electronic structures were discussed. The possible active centers which can interact with biological receptor were also proposed.     

多氯代吩噁嗪热力学性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对135个多氯代吩噁嗪(PCPXs)系列化合物进行了全优化和振动分析计算, 得到各分子在298.15 K, 1.013×105 Pa标准状态下的热力学性质. 设计等键反应, 计算了PCPXs系列化合物的标准生成热(Δf )和标准生成自由能(Δf ), 研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(NPCS)之间的关系, 结果表明: 熵( )、Δf , Δf 与NPCS之间有很强的相关性. 根据异构体标准生成自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性. 以Gaussian 03程序的输出文件为基础, 采用统计热力学程序计算了PCPXs化合物在200 K至1800 K的摩尔恒压热容(Cp,m), 并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程, 发现Cp,m与T, T－1和T－2之间有着很好的相关性.     

多氯10-氧吩噁噻系列化合物的热力学性质及稳定性的密度泛函理论方法研究

采用Gaussian 03程序中的密度泛函理论(DFT)方法,在BHandHLYP/6-311G**水平上对135个多氯10-氧吩噁噻系列化合物(PCPTO)进行了全优化和振动分析计算,得到了各分子在298.15K,1.013×105Pa标准状态下的热力学参数.设计等键反应,计算了PCPTO系列化合物的标准生成热(△fH)和标准生成自由能(△fG),同时研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(NPCS)之间的关系.结果表明:熵(S),△fH,△fG与NPCS之间有很强的相关性(R2≥0.991).根据△fG的相对大小,从理论上求得异构体的相对稳定性.以Gaussian 03程序的输出文件为基础,采用统计热力学程序计算了PCPTO化合物在200至1000K的摩尔恒压热容(Cp,m),并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程,结果发现Cp,m与T,T-1和T-2之间有着很好的相关性(R2=1.000).     

多氯咔唑系列化合物的热力学性质的密度泛函理论研究

采用Gaussian 03程序中的密度泛函(DFT)方法, 在B3LYP/6-31G*水平上对135个多氯咔唑系列化合物(PCCZs)进行了全优化计算, 得到了298.15 K, 1.013×105 Pa标准状态下各分子的热力学性质. 设计等键反应, 计算了PCCZs系列化合物的标准生成热(ΔfHÖ)和标准生成自由能(ΔfGÖ), 研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(NPCS)之间的关系, 结果表明: 熵(SÖ), ΔfHÖ, ΔfGÖ与NPCS之间有很强的相关性. 并根据ΔfGÖ的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性的顺序. 此外, 以Gaussian 03程序的输出文件为基础, 采用统计热力学程序计算了PCCZs化合物在200至1800 K的摩尔恒压热容(Cp,m), 并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程, 发现Cp,m与T, T－1和T－2之间有着很好的相关性.     

1,1'-联萘-8,8'-二酚的结构和消旋机理的密度泛函研究

Density functional theory (DFT) was applied to study the ground state geometries and isomerization processes of 1,1'-binaphthalene-8,8'-diol. Three isomers, denoted as ISO1, ISO2, and ISO3, were found, distinguished by different orientations of the OH groups, and each OH-orientational isomer has R- and S- enantiomer. The conformational stabilities of these isomers were investigated by tracking the energy change with respect to the ring-to-ring torsion. The inter-conversions between the three OH-orientational S-isomers were found to have quite low barriers owing to the nearly free rotation of OH groups around the O-C single bonds. The S-R enantiomerization of ISO1 and ISO2 can take place through the ring-ring torsion around the C1-C10 single bond, either in the anti-rotation manner or in the syn-rotation manner. The barriers of the anti routes are lower than those of the corresponding syn routes by 87.95 and 75.04 kJ/mol. For the S-R enantiomerization of ISO3, only the anti route was found. The barriers for the anti route enantiomerizations of ISO1, ISO2, and ISO3 are 119.61, 120.43, and 121.59 kJ/mol, respectively. A parallel reaction mechanism via three anti enantiomerization routes was proposed for the racemization of 1,1'-binaphthalene-8,8'-diol.     

8-羟基喹啉铁配合物对锐钛矿型TiO2(101)表面的敏化机理

用密度泛函理论和DMol3程序包对锐钛矿型TiO2(101)表面复合三(8-羟基喹啉-5-羧酸)铁的敏化机理进行了研究. 计算结果表明, 该染料敏化剂经式结构的HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占据分子轨道)能隙非常小, 很容易受到激发; TiO2纳米晶吸附染料后, HOMO、LUMO 和费米能级都升高, 导致吸附染料后开路电压VOC升高. 并进一步探讨了三(8-羟基喹啉-5-羧酸)铁在TiO2(101)表面复合过程及作用机理.     

Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

A novel model was developed to theoretically evaluate the O2 adsorption on H-terminated Si(001)-(2*2*1) surface. The periodic boundary condition, the ultrasoft pseudopotentials technique based on density functional theory (DFT) with generalized gradient approximation (GGA) functional were applied in our ab initio calculations. By analyzing bonding energy on site, the favourable adsorption site was determined. The calculations also predicted that the adsorption products should be Si=O and H2O. This theoretical study supported the reaction mechanism provided by Kovalev et al. The results were also a base for further investigation of some more complex systems such as the oxidation on porous silicon surface.     

1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐吸收CO_2的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对离子液体1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([NH2e-mim][BF4])吸收CO_2的反应机理进行了研究.在B3LYP/6-311++G(d,p)计算水平下,对离子液体[NH2e-mim][BF4]的结构及与CO_2反应的中间体、过渡态和产物进行了全优化,获得了优化结构的构型参数、振动频率和热力学数据.利用自然键轨道(NBO)分析了离子液体[NH2e-mim][BF4]和CO_2的自然电荷布居.计算结果表明,通过阳离子[NH2e-mim]+自偶解离产生的阳离子[NH3e-mim]2+能与阴离子[BF4]-结合形成更强的离子键.根据反应吉布斯自由能变(ΔG0—)和焓变(ΔH0—)的计算结果,判断离子液体[NH2e-mim][BF4]吸收CO_2按理论摩尔比2∶1分步进行反应,吸收过程中质子的转移需克服52.51 k J/mol的能垒.     

NH_2(~2B_1)与CH_4反应机理的理论研究

在密度泛函理论 B3LYP/6 -31 1 G*水平下 ,研究了 NH2 与 CH4的反应机理 .通过振动频率和内禀反应坐标 ( IRC)分析 ,对反应过渡态进行了确认 .在 QCISD( T) /6 -31 1 G*水平下进行了单点能计算 ,并进行了零点能校正 ,结果表明 ,反应 NH2 + CH4NH3 + CH3 是主要的反应通道 .     

金属掺杂CeO2(111)负载锥体4Ni团簇催化CO2还原为CO的见解

将CO2转化为有价值的化学物质已成为一种广泛应用的CO2转化研究方法.本文采用密度泛函理论计算方法研究了稀土金属掺杂CeO2负载锥体4Ni催化剂对CO2还原反应的催化性能.对于稀土金属掺杂的氧化铈,2个Ce被2个三价阳离子取代,同时产生一个氧空位来进行电荷补偿.研究了离4Ni最近(VON)和次邻近(VONN)的氧空位,发现释放CO和CO2解离分别是路径VON和VONN的决速步.在所研究的掺杂剂(Ga,Sb,Lu,Gd,Pr,La,Bi)中,Gd被认为是催化CO2还原的最佳掺杂剂,其在823 K下的翻转频率是纯CeO2负载4Ni的104倍.这一探索为稀土金属掺杂氧化铈负载镍催化剂在二氧化碳还原领域的研究和应用提供了理论支持和指导.     

α-Al2O3阻氢微观机制研究

采用基于密度泛函理论广义梯度近似下的平面波赝势方法研究了刚玉(α-Al2O3)的阻氢微观机制, 对氢原子在α-Al2O3中的占据结构进行了计算, 发现氢原子占据空隙位置时能量最低, 寻找其过渡态得到活化能为1.59 eV, 利用动力学计算得到了氢原子在α-Al2O3中的扩散系数表达式为D(T)=(3.37×10-7)exp(-1.59/kT). 结果表明, 氢原子占据在α-Al2O3八面体空隙处的结构最稳定; 低温时扩散难以发生; 高温时扩散沿着空隙方向.     

Al8P8团簇环状结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法, 在6-31G*水平上对Al8P8团簇的环状结构进行了几何结构优化, 并在同一水平上计算了Al8P8团簇的电子结构、振动特性及极化率和超极化率. 用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质, Al8P8团簇中离子键和共价键共存, 而且在不同轨道中原子间成键有不同的杂化方式. 计算结果表明: 优化后的Al8P8团簇为双层环状结构; 价电子态密度显示其电子结构具有半导体的性质; 最强的IR和Raman谱峰分别位于530.65 cm-1和366. 54 cm-1处.     

Theoretical investigation of structures and electronic states of a series of phenyl-capped oligothiophenes

The structures and electronic states of a series of phenyl-capped oligothiophenes (PnTs) and their ionic species were investigated by means of the density functional theory (DFT). The calculations were performed on the oligomers formed by n repeating units, where n ranges from 2 to 6, using the B3LYP/6-31G** level of theory. The results obtained show that the end-substitution plays a fine-tuning effect on the geometries, electronics, and excitation states. It was found that the oligomers in the doped state have more satisfactory structural and electronic characteristics for the conducting polymers. The conjugated system in the doped oligomers has more aromaticity, with expanded and planar chains. The calculated energy gap values between the frontal molecular orbitals for the PnTs indicate that with increasing the oligomer chain length, the conductive band gap decreases. The calculated ?rst excitation energies of the PnTs at the TD-B3LYP/6-31G** level reveal that the doped PnTs have lower excitation energies than the neutral states. The oligomer chains with a phenyl ring as the end-capped group display red shifts in their absorption spectra. The end-caped substituted oligothiophenes display better characteristics than the unsubstituted ones. It could be anticipated that the phenyl-caped substitution would be helpful to charge-carrier hopings between chains, and thereby, enhance the conductivity.     

Theoretical study on the intramolecular proton transfer reactions of 3-methyl-5-hydroxyisoxazole and its water complexes

The optimized structures and proton transfer reactions of 3-methyl-5-hydroxyisoxazole and its water complexes (3-M-5-HIO · (H₂O)_n · (n = 0–3)) were computed at B3LYP and MP2 theoretical level. The results indicates that 3-M-5-HIO has four isomers (Ecis, Etrans, K1 and K2), and the keto tautomer, and K2 is the most stable isomer in the gas phase. Hydrogen bonding between 3-M-5-HIO and the water molecules can dramatically lower the barrier by the concerted transfer mechanism. Ecis · (H₂O)₃ → K1 · (H₂O)₃ and Ecis · (H₂O)₂ → K2 · (H₂O)₂ is found to be very efficient. Comparing with the proton transfer mechanism of 5-HIO shows that the methyl substitution prevents the intramolecular proton transfer.