密度泛函理论下的电负性均衡及应用

以密度泛函理论为框架,综述电负性和电负性均衡理论的发展及其在探讨各种分子性质时的应用。     

密度泛函理论下的分子电负性——Ⅵ.原子键电负性均衡模型

以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础 ,将体系的单电子密度分割为原子的单电子密度和键的单电子密度 ,得到了分子总能量、分子中原子以及键的有效电负性的表达式 .基于这些表达式 ,提出了直接计算体系的总能量和体系中电荷分布的新方法 .此模型比其他电负性均衡方法更合理 .对大量分子的总能量和电荷分布所进行的计算结果表明所提出的原子 键电负性均衡模型是可行的 ,可以应用于确定各类生物和有机大分子的总能量和电荷分布 ,给出较EEM和MEEM模型更近于从头计算的结果     

密度泛函理论下的分子电负性（IV）——大环分子的总能量和电…

以密度泛函理论表述的电负性定义其均衡原理为基础，提出了一个修正电负性均衡方法（ＭＥＥＭ），可直接用于计算各类分子的总能量和原子电荷分布，通过对３个较大环状分子１８－ｃｒｏｗｎ－６，２４－ｃｒｏｗｎ－８和２４－ｃｒｙｐｔａｎｄ的实际计算，发现其计算结果与从头计算结果接近。     

元素电负性和硬度的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论的DFT LDA、DFT LDA/NL和改进的Slater过渡态方法,把元素的电离能和电子亲合能的计算扩展到周期表的103种元素.并用有限差分方法计算了这103种元素的电负性和硬度.计算中考虑了相对论效应.计算结果比以前Robles等用密度泛函理论的XGL和Xα近似的交换相关泛函的计算结果有所改进,更接近实验值.     

密度泛函理论下的分子电负性Ⅲ: 分子总能量的直接计算

本文根据密度泛函理论, 在分子基态总能量表达式中, 考虑了组成原子的内在能量、电负性和硬度的价态特征, 并引入协调原子间相互作用能项的k因子,不仅使处理和解释更为合理, 而且大大提高了计算精度和适用范围。据此, 我们提出和设计了一个直接计算体系基态总能量的新方案, 可广泛应用于各类分子和基团, 同时给出了一套较为普遍的实用参数, 通过上百个大小分子或基团的实际计算, 结果与从头计算结果符合相当好, 相对误差不到千分之一。此外, 该方案具有简单快速、易于执行等优点, 为大分子体系的能量计算提供了一个切实有效的方法。     

密度泛函理论下的分子电负性(Ⅳ)──大环分子的总能量和电荷分布的直接计算

以密度泛函理论表述的电负性定义及其均衡原理为基础,提出了一个修正电负性均衡方法(MEEM),可直接用于计算各类分子的总能量和原子电荷分布。通过对3个较大环状分子18-crown-6,24-crown-8和24-cryptand的实际计算,发现其计算结果与从头计算结果接近。     

原子-键电负性均衡方法参数的确定与探讨

原子-键电负性均衡方法(ABEEM)是以密度泛函理论(DFT)和电负性均衡原理为基础发展而来，它明确地考虑了化学键是不引入任何实验数据的带纯理论性和计算的方法．使用统一标准并具有代表性和全面性地选择了200多个模型分子，利用可得到较准确结构的MP2／6-31G*优化结构，心／STO-3G单点计算得到Mulliken重叠布居，再用最小二乘法拟合得到许多主族元素在分子体系中的诸原子(包括单、双和叁键等不同成键状态)和化学键的ABEEM参数．所得到的原子的价态电负性可与已提出的其他电负性标度相比拟，计算CO得到的电荷负端为C(与从头计算的结果相反)，结果与实验相符，且原子电荷的正负不完全由原子电负性决定．     

密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

电负性与原子价层轨道能

用密度泛函理论论证了原子价层轨道能与元素电负性之间的密切关系，说明如何用原子价层轨道能对元素电负性的概念进行解释，从而使周期表中元素电负性更容易被理解和计算。     

Density Functional Theory Study of MoO3 Molecule Encapsulated inside Single-walled Carbon Nanotubes~

The binding energies, geometric structures and electronic properties of molybdenum trioxide (MoO3) molecule encapsulated inside (8,0), (9,0), (10,0) and (14,0) single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have been investigated using density functional theory (DFT) method. Due to curvature effect, the calculated binding energy values are different, the variation of which indicated that the stability of MoO3 /SWNT systems increases with increasing the radius of SWNTs. At the same time, owing to the presence of MoO3 molecule, the band gap of MoO3 /SWNTs systems decreases. The analysis of density of states (DOS) reveals hybridization between C-2p and Mo-4d and between C-2p and O-2p orbitals near the Fermi level, which results in electron transfer from SWNTs to MoO3 molecule. The present computations suggest that electronic properties of SWNTs can be modified by doping MoO3 molecule.     

Au(111)面甲烷硫醇吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和平板模型研究了CH₃SH分子在Au(111)表面的吸附构型和电子结构. 系统地计算了S原子在不同位置以不同方式吸附的系列构型, 计算结果表明, CH₃SH分子倾向于吸附在top位上, S-C键相对于Au表面法线的夹角为62°～78°|而S-H键断裂后CH₃S_H则倾向于吸附在bri-fcc位上, S-C键相对于Au(111)表面法线的夹角为49°～57°. 比较分析CH₃SH分子和CH₃S_H的吸附, 发现CH₃SH分子倾向于不解离吸附, 表面温度的提升和缺陷的出现可能促使S-H键的断裂. 通过比较S原子在独立的CH₃SH分子和吸附状态下的局域态密度, 发现S-H键断裂后S原子和表面的键合强于S-H键未断裂时S原子和表面的键合. 扫描隧道显微镜(STM)图像模拟显示了CH₃SH和CH₃S_H在Au(111)表面吸附的3个典型的STM图像.     

密度泛函理论方法研究双核铜化合物的磁性和自旋密度分布

Magnetic coupling constants J between Cu ions and spin density map for a binuclear complex Cu₂(2,2′-bpy)₂(4,4′-bpy)₂L₂ have been calculated by the combination of the broken symmetry approach with the spin project method under the DFT framework and the effect of nonorthogonality between magnetic α and β orbitals in the broken symmetry solution. The result indicates that using SV/SVP basis sets in the calculation of Gaussian 98 is much better than using LanL2DZ pseudo-potential function in above system. It is interesting that calculated J value is quite near to the experimental value in the studies of magnetic susceptibility.     

密度泛函理论研究聚烯烃催化剂取代基电子效应与催化活性的关系

 采用密度泛函 BP/DNP 优化了五组 (每组化合物具有相同的框架结构和不同电子效应的取代基) 共 18 个最受关注的烯烃配位聚合催化剂, 分别计算了每个化合物中心金属上的 Hirshfeld、Mulliken 和 QEq 电荷, 中心金属的 Fukui 指数以及化合物的 HOMO 和 LUMO 能量值, 然后将这些结构参数和配合物催化乙烯聚合的活性相关联. 结果发现, 中心金属的 QEq 电荷能正确反映取代基的电子效应, 且与化合物的 HOMO 以及 LUMO 能量值与催化活性之间有良好的相关性, 可用来预测催化剂活性; 而 Hirshfeld 和 Mulliken 电荷不能正确反映取代基的电子效应, 不适合计算这些化合物的中心金属电荷. 中心金属的 Fukui 指数受取代基电子效应影响较小, 和催化剂活性之间的相关性不明显.     

1,5-萘二胺衍生物的密度泛函理论研究

用量子化学的密度泛函理论方法,在B3LYP/6 31G水平上,对N,N′ 二苯基 N,N′ 二(1 萘基) 1,5 萘二胺(NPN)进行了理论计算.结果发现:NPN有两个平衡构型(trans NPN,cis NPN),trans NPN比cis NPN稳定,谐振动频率分析表明它们都是稳定构型.在PM3/CIS水平上计算了它们的电子光谱,得到了由基态到各激发态的垂直跃迁能和相应的振子强度,计算结果与实验符合得很好.     

丙三醇脱水反应机理的密度泛函理论研究

为了理解纤维素热解初期的脱水反应机理, 采用Gaussian 03程序中的密度泛函理论UB3LYP/6-31＋＋G(d,p) 方法, 对模型化合物丙三醇脱水反应机理进行了量子化学理论研究. 设计了6种可能的脱水反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化, 计算了不同温度下各反应途径的标准热力学和动力学参数. 计算结果表明: 除了形成中间体IM_a和IM_b的反应外, 其它反应均为吸热反应; 温度高于400 K时, 丙三醇开始发生脱水反应; 与1-2-脱水反应相比, 1-3-脱水反应的反应势垒更低, 其活化能为233.75 kJ/mol; 当反应加入金属离子Li^＋时, 有利于脱水反应的发生, 这时1-2-脱水反应的活化能为201.95 kJ/mol, 1-3-脱水反应的活化能为202.14 kJ/mol.     

靛蓝及其取代物的密度泛函理论研究

运用量子化学中密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP／6-31G^ 水平上对靛蓝及其芳环4,4′-,5,5′-,6,6′-,7,7′-取代衍生物进行理论计算．探讨了F,Cl,Br,NO2,CH3O,CH3在不同位置的取代对分子的几何构型、电子结构和电子光谱的影响,获得与实验结果相一致的结论．还用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平计算其电子光谱．结果表明靛蓝及其芳环取代衍生物的最低激发单重态(S1)均源自HOMO-LUMO(π-π^*)跃迁．     

金属-有机骨架材料中甲烷吸附机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了甲烷在MOF-5中的吸附位置、吸附构型和吸附能. 结果表明: 吸附位置主要有四种, Zn₄O簇为最佳吸附位, 其吸附能为17.38 kJ•mol^－1, 高于沸石中的甲烷吸附能. 从吸附能与MOF-5的结构关系分析得出: 在苯环中引入给电子基团, 有利于增强甲烷与MOFs的吸附作用; 引入含氧等极性官能团, 将增加甲烷吸附位, 有利于提高吸附储存量.     

Lennard-Jones流体中胶体粒子间耗尽势的密度泛函理论研究

基于Roth, Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了Lennard-Jones (L-J)流体中胶体粒子间的耗尽势. 通过计算胶体稀溶液中两个胶体粒子在不同条件下的耗尽势, 进一步分析了L-J流体的相关因素对耗尽势的影响. 结果表明, L-J流体分子的体积分数、胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、L-J流体分子间的相互作用以及胶体粒子与流体分子之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响. 研究结果可为实验上调控胶体粒子间的相互作用提供可能的线索.     

Performance of Density Functional Theory for Transition Metal Oxygen Bonds

The accuracy of density functional theory (DFT) limits predictions in theoretical catalysis, and strong chemical bonds between transition metals and oxygen pose a particular challenge. We benchmarked 30 diverse density functionals against the bond dissociation enthalpies (BDE) of the 30 MO and 30 MO⁺ diatomic systems of all the 3d, 4d, and 5d metals, to test universality across the d-block as required in comparative studies. Seven functionals, B98, B97-1, B3P86, B2PLYP, TPSSh, B3LYP, and B97-2, display mean absolute errors (MAE) <30 kJ/mol. In contrast, many commonly used functionals such as PBE and RPBE overestimate M−O bonding by +30 kJ/mol and display MAEs from 48–76 kJ/mol. RPBE and OPBE reduce the over-binding of PBE but remain very inaccurate. We identify a linear relationship (p-value 7.6 ⋅ 10⁻⁵) between the precision and accuracy of DFT, i. e. inaccurate functionals tend to produce larger, unpredictable random errors. Some functionals commonly deviate from this relationship: Thus, M06-2X is very precise but not very accurate, whereas B3LYP* and MN15-L are more accurate but less precise than M06-2X. The best-performing hybrids have 10–30 % HF exchange, but this can be relieved by double hybrids (B2PLYP). Most functionals describe trends well, but errors comparing 5d to 4d/3d are ∼10 kJ/mol larger than group-wise errors, due to uncertainties in the spin-orbit coupling corrections for effective core potentials, affecting e. g. Pt/Pd or Au/Ag comparisons.