氟利昂F13在外电场中的分子特性研究

利用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了外电场(-15.43~15.43V/nm)对氟利昂F13(三氟氯甲烷,CF3Cl)分子物理和光谱特性的影响.计算结果表明,在C—Cl键连线z方向上,外电场从-15.43 V/nm逐渐增加到15.43V/nm时,分子体系能量先增大后降低,偶极矩表现为先减小后增大,能隙EG先增加后减小,C—Cl键键长逐渐增大,C—F键键长逐渐减小.外电场对CF3Cl分子红外振动光谱的频率和强度也有影响.进一步研究发现在外电场作用(0到15.43V/nm)逐渐增强下,CF3Cl分子的势能曲线束缚形态逐渐被解开,解离的势垒逐渐减小.在强度为15.43V/nm的电场作用下,CF3Cl分子将会发生C—Cl键断裂而降解,该结果为对氟利昂进行外电场降解提供重要的参考依据.     

电场中B2分子特性研究

利用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-3l1＋G(2d)方法研究在不同方向电场(0～＋0.02 a.u.)作用下的B2分子的基态键长、总能量、偶极矩、最高占据轨道(HOMO)能量、最低空轨道(LUMO)能量、能隙及势能曲线的变化规律. 结果表明: 在一定外加电场范围内, 随电场强度的增大, 分子键长变大; 总能量降低; 偶极矩增大; HOMO能级、LUMO能级均降低; 能隙依赖外电场方向, 平行分子轴(Z)方向电场使能隙递减, 垂直分子轴(X)方向电场使能隙递增; 分子势能降低, 平行分子轴线(Z)方向电场对分子势能的影响随着核间距的增大而增大, 原有的“势能平台”遭到破坏.     

外电场下氮化铝分子结构和光谱研究

以6-311＋G(2DF)为基函数, 采用密度泛函B3P86的方法研究了外电场作用下氮化铝(AlN)基态分子的几何结构、HOMO能级、LUMO能级、能隙及谐振频率. 结果表明, 外电场的大小和方向对AlN分子基态的这些性质有明显影响. 在所加的电场范围内, 随着外电场的增大分子键长减小, 谐振频率增大, 总能量升高, 在F＝0.02 a.u.时能量达到最大, 为－297.4217 a.u., 此后继续增大电场强度, 系统总能量则开始降低; EH 和EL 随着电场的增加均逐渐增大, 在 F＝0.01 a.u.时, EH 和EL均取得最大值, 分别为－0.2776和－0.0828 a.u., 随着电场的继续增大, 能级EH和EL均逐渐减小, 而能隙在外电场增大的过程中始终处于减小趋势.     

电场对Ni3（dpa）4Cl2金属串配合物结构影响的理论研究

应用密度泛函UBP86方法对具有分子导线潜在应用性的金属串配合物Ni3(dpa)4Cl2进行研究,分析了外电场对配合物的几何构型和电子结构的影响.结果表明,零电场条件下存在沿着Ni63+轴及轴向配体Cl的Ni—Ni及Ni—Cl离域作用.沿金属轴Cl4→Cl5方向施加外电场,可使高电势端的Ni2—Cl4键长增大而Ni1—Ni2键长减小,低电势端的Ni3—Cl5键长减小而Ni1—Ni3键长增大;分子能量降低,偶极矩线性增大;HOMO与LUMO能隙减小,前线占据轨道分布向低电势方向移动且轨道能升高,空轨道分布则向高电势方向移动且轨道能降低,其中沿着金属轴方向离域的前线轨道分布及其轨道能随电场的变化尤为显著.在电场作用下,电荷分布发生改变,低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4转移,但金属和桥联配体的电荷变化很小;同样,在电场作用下,配合物存在明显的结构变化和电子转移现象,呈现出类似导电过程中电子定向转移的变化规律.     

极性分子键角与键偶极矩的关系

研究了基态极性分子的键角和键偶极矩之间的关系。我们采用原子偶极矩校正的Hirshfeld （ADCH）电荷来计算键偶极矩,利用电子的局域函数和键临界点处的局域函数值来分析键的电子结构。通过对IVA族（IVA = C,Si,Ge）、VA族（VA = N,P,As ）、VIA族（VIA = O,S,Se）和VIIA族（VIIA = F,Cl,Br）元素形成的系列共价型基态分子,以及环状基态分子的键角和键偶极矩数据进行分析,发现在键的电子结构类似的情况下,由于键偶极矩的排斥作用,这些分子的键角随键偶极矩的增加而增大。这一发现有助于加深我们对分子几何结构的认识。     

He-LiH体系分子间相互作用能的理论研究

用全电子四级MPPT方法研究了He-LiH在冻结LiH键长情况下的势能面.势能面上存在两个极小值,第1极小值对应于R_m=0.227nm,V_m=-172.75cm~1的线型结构(He-LiH),第2极小值对应于R_m=0.535nmn,V_m=-8.47cm~1的线型结构(He-HLi),势能面表现出强的各向异性.势能的主要部分是诱导能,其原因是LiH分子有较大的电偶极矩和电四极矩.利用这些离散点拟合了一个包含31个参数的解析势能函数,还考察了LiH键长变化对势能的影响.     

C2F5I分子C-I键解离的自旋-轨道从头算研究

采用考虑相对论效应的6-311G**全电子基组与多参考微扰理论, 计算了该分子的包含自旋-轨道耦合效应的垂直激发能和基态、激发态C—I键解离势能曲线. 理论计算发现, 势能曲线33A'与11A', 21A'出现交叉, 交叉区域在C—I键长为0.241 nm附近; 基态11A'到激发态33A'(3Q0)的垂直激发能为4.658 eV, 与实验值4.662 eV非常吻合. 讨论了C2F5I分子作为碘激光介质的可行性.     

不同取代基巯基偶氮苯甲酸TiO2光催化降解的密度泛函理论研究

以TiO2为光催化剂,对含六种不同取代基的巯基偶氮苯甲酸进行了光催化降解实验,并采用量子化学密度泛函理论B3LYP/6-31G**计算了巯基偶氮苯甲酸的电子结构,研究了巯基偶氮苯甲酸中推、拉电子取代基对其光催化降解活性的影响.结果表明,拉电子基(-COOH或-SO3H)的引入使巯基偶氮苯甲酸的偶极矩增大,绝对电负性减小,最高占有轨道能量升高,HOMO-LUMO能隙和C-N键的键级降低,从而提高了巯基偶氮苯甲酸的光催化降解活性,而分子中推电子基团的影响则相反.     

基于密度泛函理论的外电场下c-C4F8的结构及其特性

采用密度泛函理论CAM-B3LYP/DGDZVP2对c-C4F8进行优化计算,得到基态分子结构.在该结构基础上施加线性外电场(0~10.284 V·pm^-1),获得了c-C4F8的几何特性、能量、前线轨道能级、键能和红外光谱数据.结果表明:当电场沿x轴变大时,c-C4F8的点群从D2d变为C1,偶极矩和极化率不断增大,结构稳定性降低;分子总能量和能隙不断减小,且C(4)-F(10)键的键能降低速度最快,最有可能率先在外电场作用下断裂,导致c-C4F8结构和对称性被破坏.同时c-C4F8的绝热电子亲和能单调上升,分子吸收自由电子的能力增强;红外光谱中,吸收峰的个数增加,4个主要吸收峰发生了红移.     

N3H5异构化及构象分析

采用量子化学的方法, 对氮氢化合物N3H5所有可能的二面角变化进行松散势能面扫描, 获得了相应的能量和构象之间的关系, 研究了N3H5的异构化机理和构象的变化. 分子中的原子(AIM))理论计算得到的键临界点电荷密度的增大和减小,及其拉普拉斯值的正负变化, 可以清楚地反映构象转化过程中键的增长、断裂和新键生成的相关信息. 自然键轨道(NBO)理论分析表明, 立体排斥作用使分子能量升高, 而超共轭作用使分子能量降低, 它们对分子构象的相对稳定性起了重要作用.     

C2F51分子C—I键解离的自旋-轨道从头算研究

采用考虑相对论效应的6—311G^＊＊全电子基组与多参考微扰理论,计算了该分子的包含自旋-轨道耦合效应的垂直激发能和基态、激发态C—I键解离势能曲线．理论计算发现,势能曲线3^3A＂与1^1A＂,2^1A＇出现交叉,交叉区域在C—I键长为0．241nm附近;基态1^A＇到激发态3^3A＂（^3Q0）的垂直激发能为4．658eV,与实验值4．662eV非常吻合．讨论了C2F5I分子作为碘激光介质的可行性．     

CaH_2…HY（Y=CH_3,C_2H_3,C_2H,CN,NC）体系双氢键性质的理论研究

在B3LYP/6-311＋＋G（3df,2p）及MP2/6-311＋＋G（3df,2p）水平上探讨了以CaH2为质子受体及多种常见质子供体构成的CaH2…HY（Y=CH3,C2H3,C2H,CN,NC）弱相互作用体系的几何结构以及所形成的双氢键的性质.MP2方法计算得到线型的CaH2分子结构,在B3LYP方法计算下优化得到的CaH2部分则是一个非常明显的弯曲结构.NBO分析计算表明,线型结构（MP2）中Ca原子杂化轨道主要源自于sp杂化而弯曲结构（B3LYP）则主要为sd杂化,这与之前报道的相关研究结论相一致.基于不同CaH2分子结构计算得到的CaH2…HY体系的H…H间距离、相互作用能以及电荷转移性质等非常接近.MP2和B3LYP方法计算得到的CaH2…HY体系H…H间距离均处于0.15～0.24nm,相互作用能处于1～44kJmol-1范围.CaH2…HY体系的相互作用能变化趋势为CaH2…CH4-CaH2…C2H4-CaH2…C2H2-CaH2…HCN-CaH2…HNC,H…H距离的变化规律与相互作用能变化趋势相反,即键能越大H…H距离越小.相较于HY单体,形成的CaH2…HY复合物体系的质子供体键H-Y的键长增大,质子供体的键长增加量△r（H-Y）与H…H间距离间有这样的关系：H…H间距离越小,△r（H-Y）越大.双氢键AIM拓扑数据表明形成CaH2…HY复合物后,Ca-H键临界点的电子密度（ρc）较单体时减小且与双氢键相互作用能成线性关系,即复合物中Ca-H键临界点的ρc数值越小同时双氢键键能越大.NPA结果表明,CaH2…HY体系中分子间的电荷转移总量随键能增大而增大.通过H…H间距离、相互作用能以及AIM分析,我们认为CaH2…CH4和CaH2…C2H4体系可划分为弱的范德华相互作用,而CaH2…C2H2,CaH2…HCN和CaH2…HNC体系形成的双氢键强度上相当于常规氢键,且最值得注意的是CaH2分子结构的差异性对CaH2…HY体系性质的影响微乎其微.     

电场对金属串配合物M3(dpa)4Cl2 (M=Co,Rh, Ir; dpa=dipyridylamide)结构的影响

应用密度泛函理论PBE0 方法研究具有分子导线潜在应用的金属串配合物M₃(dpa)₄Cl₂ (1: M=Co, 2: M=Rh, 3: M=Ir; dpa=dipyridylamide)在电场作用下的几何和电子结构. 结果表明: 配合物基态均是二重态. 1和2的M₃⁶⁺金属链形成三中心三电子σ键, 3 中M₃⁶⁺形成三中心四电子σ键且存在弱的δ键. 随金属原子周期数增大其M―M键增强、LUMO与HOMO能隙减小、金属原子的反铁磁耦合减弱以至消失且自旋密度向配体的离域增强. 在Cl4→Cl5 电场作用下, 低电势端的M3－Cl5 键缩短, 高电势端的M2―Cl4 键增长, M―M平均键长略为缩短, M―M键增强, 有利于分子线的电子传递; 分子能量降低, 偶极矩线性增大. 低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4 转移, 且3 中金属原子的正电荷由高电势端向低电势端的转移较明显, 自旋电子由低电势端向高电势端金属原子移动, 但桥联配体dpa^-与M和Cl 所在的分子轴间没有电荷转移. 电场使LUMO与HOMO能隙减小, 有利于分子的电子输运. 随金属原子周期数增大, 电场作用下M―M平均键长变化减小, LUMO、HOMO的能级交错现象减少.     

外电场作用下甲基乙烯基硅酮分子结构和电子光谱

采用密度泛函B3P86方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化得到了沿分子轴方向不同外电场(0-0.04 a.u.)作用下, 甲基乙烯基硅酮分子的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量. 在优化构型下利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)研究了同样外电场条件下对甲基乙烯基硅酮的激发能和振子强度的影响. 计算结果表明, 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μ随电场的增加先减小后急剧增大. 电场为零时, 分子总能量为-483.5532137 a.u., 随着电场增加, 能量升高, 在F=0.02 a.u.时达到最大值-483.5393952 a.u., 此后, 继续增大电场系统总能量则开始降低. 激发能随电场增加急剧减小, 表明在电场作用下, 分子易于激发和离解.     

苯砜基环烷酸酯类化合物的分子结构与色谱保留的定量关系

根据线性溶解能理论，导出一种理论线性溶解相关模型，应用该模型及量子化学ＡＭＩ算法计算的分子结构参数，得出苯砜基环烷酸酯类化合物的分子结构与色谱保留定量关系方程，这个方程可以应用于同类化合物在同样色谱条件下保留行为的预测。研究表明，该类化合物的容量因子随着分子平均极化率的增大而增大，随着偶极矩和的分子中与硫原子相键合的氧原子的净电荷的增大而减小。     

密度泛函理论研究镥二聚体低电子能态的相对稳定性、结构以及成键性质

用密度泛函理论方法研究了镥二聚体（Lu2）低能量电子态的性质,计算了电子态相对能量、平衡键长、振动频率以及基态解离能,考察了密度泛函性质、相对论有效势种类以及Hartree—Fock交换作用大小对计算结果的影响．结果表明,无论采用何种密度泛函和相对论有效势,体系的基态都为三重态,与其他一些基于分子轨道理论的从头计算方法得到的结论是一致的．另外,与分子轨道从头计算结果以及实验结果比较发现,采用杂化密度泛函理论和Stuttgart小核有效势计算得到的结果总体吻合最好．最后,特别分析研究了B3LYP计算中Hartree—Fock交换作用大小对基态键长和基态解离能的影响,发现随着交换作用的增大,键长增长,解离能减小,这是由于5d轨道杂化导致的共价成键作用减弱造成的．     

镱硫属化合物的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究镱硫属化合物的电子结构和性质,通过与实验比较考察了现有的几种近似密度泛函公式对镧系元素化合物的适用程度和相对论效应的影响.结果表明,用DFT计算的YbO键长对实验值的偏差约为0.002nm;但得到的键能即使在考虑梯度校正和相对论效应之后,仍比实验值高,在定域密度近似基础上引入交换梯度校正使键能计算值减小,其中PW86x使键能计算值减小稍多些,结果更接近实验值;相关梯度校正使键能计算值升高.相对论效应使键长缩短0.004～0.006nm,键能减小约0.5eV.计算结果的分析表明,Yb的5d轨道和配体的np轨道间形成σ键和π键.在所研究的分子体系中,配体原子从O到Te、Yb原子的5d轨道布后数依次减少,同键能减弱的顺序一致.相对论效应使键能减小的主要原因是在成键过程中发生了Yb的6s电子向5d轨道的转移,而相对论效应使该过程能量增加.偶极矩和电荷分布的计算表明,Yb-L键以共价性为主,相对论效应使共价性成份增加.     

Si2分子基态和低激发态的电子结构

本文用abinitioSOCI／MCSCF／／HF／DH＋d方法计算得到了Si2分子的基态和八个激发态的平衡几何构型、总能量、谐振动频率、零点能以及各个态的势能曲线．讨论了各态键长随电子组态的变化关系，指出了成健轨道中。电子数的增加，是引起键长及谐振动频率变化的重要因素·其中3Πg，5∑；3△u，3∑，未见有关文献报导由于硅藻合物的重要应用价值，人们已对其进行了一些实验和理论研究h，’」．以前的研究主要是讨论其成键性质．由于St。分子结构的特殊性，要想全面了解其成键性质，不仅要研究其基态的电子结构，而且还要研究其激发态的电…     

聚合物链构象的研究I: 1,2-聚丁二烯的构象分析

本文应用Flory的链分子统计理论研究1,2-聚丁二烯的链构象,选择固定键长和键角的分子模型,计算构象能,构成势能面图,并由势能面的构型积分,得到了表征1,2-聚丁二烯链构象特征的统计权重矩阵.     

高位阻烷烃的C-C和C-H键的键离解能

本文使用ONIOM-G3B3的方法计算了一系列高位阻烷烃的C-C和C-H键离解能。研究还测定了它们的几何参数,如键长,键角,分子体积等,它们中的绝大多数分子目前还没有被合成。这些几何参数表征了位阻效应对键离解能产生的影响。研究确定了键离解能的迅速减小和分子体积的增大之间的一些关系。这些关系可以帮助使用理论方法预测很多高位阻化合物的合成。