密度泛函计算条件对结果精度的影响

通过对有代表性的分子BCl₃,SO₂,ZnO,TiCl₄,LuF₃的一系列计算,从三个方面考察密度泛函理论的Kohn-Sham方法中采用的计算条件对结果精度的影响.发现基组完备性对计算结果影响最大,数值积分取点数目对计算结果影响略小.电荷多极投影收敛较快.分子几何构型和振动基频对计算条件不太敏感,总能量和键能对计算结果较敏感.在计算键能时对分子及其组成原子采用相同的基组和积分布点方式可以减少误差.选择适当的计算条件,用较小的计算量可以得到与现有近似能量密度泛函精度相匹配的结果.     

H3PAuR型单核Au(Ⅰ)配合物的结构和非线性光学系数的量子化学计算比较

采用量子化学ab initio和DFT中的不同方法和基组对H3PAuR型单核Au(Ⅰ)配合物结构和二阶NLO系数进行计算, 探讨不同计算方法和Au基组对计算结果产生的影响. 对计算结果分析表明, 不同计算方法对Au(Ⅰ)配合物结构和二阶NLO系数影响较大, 其中用考虑电子相关效应的DFT-B3LYP和MP2方法优化得到的Au—P配键长比用HF方法的短, 相应的二阶NLO系数比HF方法的大2倍左右; 同一计算方法下, Au基组中d轨道个数增加优化得到的Au—P配键键长减小; 随着Au基组的增大, 前线分子轨道能级差减小, 其中SDD和CEP-121G基组之间的变化更明显. 基组变化对分子二阶NLO系数的影响较小, 多数分子Au取不同基组计算的βμ值相差在10%以内.     

H3PAuR型单核Au(Ⅰ)配合物的结构和非线性光学系数的量子化学计算比较

采用量子化学ab initio和DFT中的不同方法和基组对H3PAuR型单核Au(Ⅰ)配合物结构和二阶NLO系数进行计算,探讨不同计算方法和Au基组对计算结果产生的影响.对计算结果分析表明,不同计算方法对Au(Ⅰ)配合物结构和二阶NLO系数影响较大,其中用考虑电子相关效应的DFT-B3LYP和MP2方法优化得到的Au—P配键长比用HF方法的短,相应的二阶NLO系数比HF方法的大2倍左右;同一计算方法下,Au基组中d轨道个数增加优化得到的Au—P配键键长减小;随着Au基组的增大,前线分子轨道能级差减小,其中SDD和CEP-121G基组之间的变化更明显.基组变化对分子二阶NLO系数的影响较小,多数分子Au取不同基组计算的βμ值相差在10%以内.     

取代氯苯化合物的电子结构和键离解能的理论研究

利用密度泛函（DFT）三种交换／相关函数（B3LYP,B3PW91,B3P86）结合6—31G^＊＊和 6-311G^＊＊基组,计算了13个取代氯苯化合物的键离解能．结果表明B3PS6／6—311G^＊＊方法是计算取代氯苯化合物键离解能的可信方法,研究发现C—Cl键的键离解能与所使用的基组和计算方法密切相关,取代基对C—Cl键的键离解能的影响不明显．研究了目标化合物的前线轨道能级差,并对取代氯苯化合物的热稳定性做了评估．     

三氧化硫分子杂化轨道的探讨

分别选用量子化学从头算MP2、QCISD、CCSD法和密度泛函B3LYP方法,在6-311++G(3df,3pd)基组水平下对SO_3分子的结构进行了优化比较,结果显示QCISD/6-311++G(3df,3pd)条件下的计算结果最优。在此条件下,用自然键轨道理论(NBO)对SO_3分子的杂化轨道、杂化方式、离域π键进行了研究。结果表明S原子采取sp~2等性杂化,杂化后形成含3对电子的sp~2轨道和1个空的3p_z轨道,O原子采取sp~3不等性杂化。S与O原子之间的σ键为S→O配位键,3个O原子各1对2p_z孤对电子与S原子的3p_z空轨道形成π_4~6离域π键。Mayer键级显示S=O键级为1.77,呈现明显的双键特性。     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

键能的分子轨道理论研究 1: 理论公式

从LCAO-MO出发, 给出了一个计算键能的近似方法, 即EAB(i)-∑∑CaiSabCbiεi为第i个占据分子轨道(MO)中的一对电子对A-B键键能的贡献。对所有分子轨道求和即为该键的键能: EAB=∑EAB(i)。按该方法, 不仅可以计算各种不同分子中每两个相键连原子间的键能, 还可以从MO及AO角度分析每一具体键, 如σ, π, δ键的键能以及各AO对键能的贡献。该方法虽有别于求键焓和平衡离解能De, 但计算结果和De的实验值甚相符合。通过对键能的分析研究, 能较好地揭示原子间的相互作用关系及化学键的强弱, 从而可进一步探讨化学反应活性, 反应速率等化学性质。     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

键能的分子轨道理论研究 1: 理论公式

从LCAO-MO出发, 给出了一个计算键能的近似方法, 即EAB(i)-∑∑CaiSabCbiεi为第i个占据分子轨道(MO)中的一对电子对A-B键键能的贡献。对所有分子轨道求和即为该键的键能: EAB=∑EAB(i)。按该方法, 不仅可以计算各种不同分子中每两个相键连原子间的键能, 还可以从MO及AO角度分析每一具体键, 如σ, π, δ键的键能以及各AO对键能的贡献。该方法虽有别于求键焓和平衡离解能De, 但计算结果和De的实验值甚相符合。通过对键能的分析研究, 能较好地揭示原子间的相互作用关系及化学键的强弱, 从而可进一步探讨化学反应活性, 反应速率等化学性质。     

X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能计算的密度泛函方法研究

使用了不同密度泛函方法计算X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能，并分析不同密度泛函方法的计算精度。研究发现大多数密度泛函方法包括B3LYP, B3P86, B3PW91, G96LYP, PBE1PBE，和BH&HLYP都明显低估键离解能13-25 kJ/mol。该现象与是否使用无限基组无关，因为即使使用无限基组键离解能仍然被低估。因此密度泛函方法不适合用于键离解能的估算。其中B3P86方法的偏差最小。进一步分析表明，使用限制性开壳层计算并无任何优势，在大多数情况下非限制性开壳层计算实际上比限制性开壳层计算要好。最后，我们发现了密度泛函方法对键离解能的低估是系统的，因此建议利用校准后的UDFT/6-311++G(d, p)方法计算化学键离解能。     

等电子系列XO-3及BF3的定量价键阐述

等电子系的理论和实验研究，可以揭示体系内部电子运动与其外在宏观性质之间的关系．由于等电子体BO33-、CO32-和NO3-均可稳定存在，可以推测该系列的下一个物种OO3也会短暂存在，尽管实验仅发现O4以O2双聚体，即vanderWaals分子（O2）2形式存在．最近Roeggen等［1］和Hotakka等［2］同时对OO3（D3h点群）进行了理论上的研究，前者采用EXGEM方法和（9s5p1d）／［6s4p1d］基组进行计算，表明OO3是一亚稳结构，且Ro－o＝1．330A；后者对BO33-、CO32-、NO3-及OO3系列进行了对比研究，发现采用6－31G基组作HF计算得到的键长和振…     

N2O…HOCl复合物结构和性质的理论研究

分别在DFT-B3LYP和MP2/6-311++G**水平上求得HOCl + N2O复合物势能面上的六种(S1, S2, S3, S4, S5和S6)和四种(S1, S2, S4和S5)构型. 频率分析表明,其中的S1和S3为过渡态,其它为稳定构型. 在复合物S3, S5 和S6中,HOCl 单体的σ*(5O-6H)作为质子供体,与N2O单体中作为质子受体的3O原子相互作用,形成氢键结构,而在氢键复合物S2中, 质子受体为N2O单体中的端1N原子;复合物S1中,HOCl分子的σ*(5O-4Cl)作为质子供体与N2O分子中的端1N原子(质子受体)相互作用,形成卤键结构,而复合物S4中的卤键结构的质子受体为N2O分子中的端3O原子. 经B3LYP/6-311++G**水平上的计算,考虑了基组重叠误差(BSSE)校正的单体间相互作用能在-1.56 ~ -8.73 kJ·mol-1之间. 采用自然键轨道理论(NBO)对两种单体间相互作用的本质进行了考查,并通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中氢键和卤键键鞍点处的电子密度拓扑性质.     

大基组在价键计算中的处理

编写了普适性的多键表自洽场程序，该程序能对单电子轨道展开系数和键表系数同时优化，其中单电子轨道的展开空间可任意定义，实际计算建议采用“杂化”轨道形式，即每个单电子轨道只对一个原子的基函数展开。对Ｈ２、Ｌｉ２及ＨＬｉ采用不同基组进行计算，结果表明用３个键表自洽计算所得能量与ＭＰ２结果相近，且我们的计算对键的共价性和离子性分析非常直观。     

环境污染物中碳氯键离解能的理论研究

利用六种密度泛函理论方法（B3LYP, B3P86, MPW1K, TPSS1KCIS, X3LYP, BMK）对碳氯键离解能进行理论计算,结果发现几种新发展的密度泛函(DFT)方法用于碳氯键离解能的计算比传统的B3LYP有较大的改善,其中对能量估算相对准确的B3P86方法对碳氯键离解能的计算精度最高,对17个分子中碳氯键离解能计算的平均绝对偏差为6.58 kJ/mol。最后运用B3P86方法对一系列环境危害较大,但可通过光化学降解和生物降解的氯代有机物的碳氯键离解能值进行预测,并讨论了影响碳氯键离解能的结构性质关系。     

SN2反应Xl^-＋CH3Xr→XlCH3＋Xr^-（X1=Xr=F，Cl，Br，I）的价键方法研究

应用最近发展的价键组态相互作用(VBCI)方法计算了SN2反应Xl^- CH3Xr→XlCH3 Xr^-(X1=Xr=F，Cl，Br，I)的反应能垒和价键相关参数．计算结果表明．VBCI能垒与采用分子轨道理论的CCSD(T)方法计算的能垒相一致．讨沦了SN2反应的反应参数、     

非线性光学极化率密度泛函理论计算的基组效应

由于分子的非线性光学性质与分子外层电子行为及激发性质密切相关,扩散函数对分子的非线性光学极化率计算非常重要.在ADF程序中的DZP基组基础上缀加扩散函数,构造出我们称之为DZP+df的新基组.通过对5个模型分子的含频二阶非线性光学极化率的密度泛函理论计算,表明新基组可以得出较DZP基组更为准确可靠的结果,同时比较ADF程序内置带有扩散函数的大基组,计算量大为减少.     

乙烯、乙炔和苯与氨基锂间的π型锂键相互作用

分别在DFT-B3LYP和MP2/6-311++G**水平上求得乙烯、乙炔和苯与氨基锂锂键复合物势能面上的3个几何构型. 频率分析表明,3个构型均为稳定构型. 计算结果表明,形成锂键复合物后,质子供体N(2)- Li(4)的键长明显增大,且其伸缩振动的频率发生了不同程度的红移. 分别在乙烯…氨基锂、乙炔…氨基锂和苯…氨基锂三种复合物中,经MP2/6-311++G**水平计算的同时含基组重叠误差(BSSE)和零点振动能校正的单体间锂键相互作用能分别为-26.04、-24.86 和 -30.02 kJ·mol-1. 自然键轨道理论（NBO）分析表明单体间的弱相互作用属于π-s型锂键.     

超价分子中的d轨道

通过对一些典型超价分子进行计算和分析,得出了超价分子"d轨道参与"(即外层d轨道杂化和d-pπ键概念)不尽合理的结论,并提出了能与实验事实相符的解释方法。此外,本文还阐述了计算化学中基组d函数与d轨道的关系:二者并不等价。     

几种密度泛函理论公式用于镧系硫属化合物计算的比较

以镧系元素La、Gd、Lu的硫属化合物为对象,系统考察几种密度泛函理论公式对镧系化合物计算的适用情况,考虑了相对论效应的影响. 计算结果显示,相对论效应引起的键长变化在十2Pm到-3Pm之间,引起的键能减小为0. 4～0. 6eV,与采用的密度泛函公式关系不明显. 不同的密度泛函公式对键长的计算结果影响也不太大,但对键能有显著影响,其中LDA(VWN)＋PW86X公式给出最好结果. 交换能梯度校正明显改善键能计算结果,而相关能梯度校正反而使之变差. 简单的X_α公式给出相当好的键能计算结果. 在考虑相对论效应和梯度校正以后,密度泛函理论方法给出比较可靠的键长数值,键能则仍然偏高,但不超过20％.     

价键理论中的组态相互作用

近 2 0年来 ,从头计算水平的价键 (VB)方法得到了人们的重视 ,并广泛应用于化学反应等问题的研究[1～ 5] ,然而目前价键理论的计算方法仍然很不完善 .用 VBSCF方法进行计算虽然比较简单 ,能正确地描述化学反应的形成机理 ,但数值结果不理想 ;而用 BOVB方法[4 ] 进行计算虽然可以得到较好的计算结果 ,但存在收敛困难等问题 .分子轨道理论中的组态相互作用是一种简单直接的电子相关能计算方法 ,显然这一方法可以应用于价键方法中 .然而与分子轨道理论方法不同 ,在价键方法中 ,无法直接得到空轨道 ,此外如何选取激发价键函数使得计算结果…