DFT理论研究焦磷酸与水的分子间相互作用

在PBEPBE/6-311++G**水平上,对H4P2O7 单体及H4P2O7…H2O氢键复合物的可能构型进行优化,频率验证,找到复合物的稳定结构,并分析其结构参数,在同样的水平下计算了复合物的结合能,同时进行了振动频率分析。结果表明,H4P2O7 单体稳定构型具有C2对称性,对于H4P2O7…H2O复合物,得到三个稳定构型,其中最稳定复合物的结合能为-18.784kcal/mol,水与H4P2O7作用位置在连接两个相邻磷酸基的分子内氢键上,形成含有两个较强氢键的多元环状复合物。     

Na-呋喃荷移络合物弱相互作用的密度泛函理论研究

在B3LYP／6－311＋G*水平上,对Na-呋喃体系可能存在的弱相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化,发现了Na-呋喃体系存在两个能量极小结构A、B,其中,结构A是Na原子的3s^1电子直接和呋喃杂环体系中的所有重原子的共轭大π 体系 相互偶合,形成一个具有Cs对称性的金属有机复合物;而结构B为Na 原子的3s^1电子主要通过杂原子O和杂环上原有的五中心六电子大π体系形成一个新的平面六中心七电子大π体系,具有C2V对称 性。结果B较结构 A 稳定3.40kJ/mol。结构A中的Na-O键长为0.38nm,<COC为106.9°,由于金属Na对呋喃杂环的作用使整个分子平面变形,C1、C2、C3、C4在同一个平面内,而05则稍微翘离平面且05原子距离由C1、C2、C3、C4 组成的平面的垂直距离约为0.035nm.结构B中Na-O键长为0.26nm,＜COC为106.8°。金属Na原子和杂环中所有的原子在同一个平面内。并在MP2和B3LYP水平下,用3－311＋G＊基组精确计算了最稳定结构B的结合能为△E＝4.5-5.1kJ/mol.     

叠氮乙烷二聚体分子间相互作用的理论研究

用abinitioHF/ 6 3 11+ +G 计算求得叠氮乙烷二聚体势能面上三种优化构型和电子结构 .经MP2电子相关校正和基组叠加误差 (BSSE)以及零点能 (ZPE)校正 ,求得分子间最大相互作用能为 -10 .45kJ/mol.二子体系间的电荷转移很少 .由自然键轨道 (NBO)分析揭示了相互作用的本质 .基于统计热力学求得温度为 2 0 0 .0 0～80 0 .0 0K从单体形成二聚体的热力学性质变化     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2)CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4 kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行.H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol.     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD（T）在相同水平下对各驻点进行了单点能校正。结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2) CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应。其中CH4的消除为整个反应的速控步骤。反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行。H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol。     

氢分子间色散相互作用能的自然轨道泛函

理论上对分子间色散相互作用能的精确计算一直是个难点问题.密度矩阵泛函基于非定域量一阶密度矩阵为基本变量,它与色散相互作用起源于电子间的非定域关联特性相吻合.论文以最简单的氢分子为研究对象,通过分析两相互平行的氢分子间色散相互作用能,构造出了该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函.结果表明:描述该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函形式为包含有4个轨道的非交换和库伦积分.该结果对发展色散相互作用能的密度矩阵泛函理论具有重要的参考价值.     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311++G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-p VTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物(六种氢键复合物和六种分子-离子复合物),并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311+ +G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-pVTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物（六种氢键复合物和六种分子-离子复合物）,并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

激发态下甘氨酸与水分子间氢键性质研究

在生物体中氨基酸通常以水作为溶剂,是形成细胞的重要成分.在该环境下,分子间氢键的产生会对氨基酸分子与水分子的结构和性质产生影响.为了研究其在基态和激发态下的性质,本文利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对甘氨酸分子和H₂O分子在基态和激发态下的分子间氢键的静电势、键长、自然键轨道(NBO)电荷、分子中的原子理论(AIM)分析、Wiberg键级b、红外(IR)光谱、空穴-电子轨道和基态与激发态之间的电子转移进行了理论研究.结果表明：分子间氢键的形成会导致分子结构的改变和红外光谱振动频率的移动.在激发态下,分子间氢键有不同程度的增强或减弱.该计算结果为氢键的形成和激发态下分子间氢键的研究提供理论依据.     

CO…CO+ 体系相互作用的密度泛函理论研究

在三种密度泛函方法 (B3LYP、B3P86及B3PW91)和两种适宜基组 (6 311+G 及aug cc PVDZ)水平上 ,对CO…CO+ 耦合体系可能存在的相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化 ,发现势能面上存在三个能量极小点 ,进而作了振动频率分析加以确认 .其中结构A、B为共平面型结构 ,C为非共面型结构 .比较了它们之间的相对稳定性 ,并对其进行了轨道成键分析 ,计算了各原子之间的键级 ,同时探讨了最稳定结构A的正则振动模式 .通过消除基函数引起的基组叠加误差 (BSSE)和零点振动能 (ZPVE)的校正 ,精确求算出复合物结构A、B和C的相互作用能△E分别为 2 5 2 .47、12 6 .70和 12 7.12kJ/mol,表明CO和CO+ 之间存在较强的相互作用 .     

气相中2Ca＋介入N2O与CO, N2O与H2反应的计算研究

本文采用密度泛函理论DFT-UB3LYP方法, 在6-311+G(2d, p)的基组下, 计算研究了气相中Ca+离子介入N2O (1∑+)和CO (1∑+) 与N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应的微观机理. 报道了二重态势能面上各反应物、中间体和过渡态的构型特征及能量, 并用频率分析和内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证. 计算结果表明,金属离子参与N2O和CO与N2O和H2的反应都分两步进行, 其中Ca+离子对反应N2O (X1∑+) + CO (1∑+)生成N2 (X1∑+g) + CO2 (1∑+g)比较Fe+, Ir+, Pt+等的金属离子有良好的催化作用, 而对反应N2O (X1∑+) + H2 (1∑+g) → N2 (1∑+g) + H2O (1A1) 催化作用不是很好,N2、CaOH+和H是该反应的主要产物,与实验观测结果相符, 并通过对金属离子亲氧性（OA）的计算, 从热力学方面进一步说明主题反应的可行性.     

气相中2Ca＋介入N2O与CO, N2O与H2反应的计算研究

本文采用密度泛函理论DFT-UB3LYP方法, 在6-311+G(2d, p)的基组下, 计算研究了气相中Ca+离子介入N2O (1∑+)和CO (1∑+) 与N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应的微观机理. 报道了二重态势能面上各反应物、中间体和过渡态的构型特征及能量, 并用频率分析和内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证. 计算结果表明,金属离子参与N2O和CO与N2O和H2的反应都分两步进行, 其中Ca+离子对反应N2O (X1∑+) + CO (1∑+)生成N2 (X1∑+g) + CO2 (1∑+g)比较Fe+, Ir+, Pt+等的金属离子有良好的催化作用, 而对反应N2O (X1∑+) + H2 (1∑+g) → N2 (1∑+g) + H2O (1A1) 催化作用不是很好,N2、CaOH+和H是该反应的主要产物,与实验观测结果相符, 并通过对金属离子亲氧性（OA）的计算, 从热力学方面进一步说明主题反应的可行性.     

H2O对N复合氧化膜Cr2O3作用机制的理论研究

本文基于第一性原理方法,研究水对N复合氧化膜Cr2O3的作用机制。结果表明N的复合影响H2O在表面的吸附位点及吸附高度,N的溶入与Cr形成稳定作用,减缓H2O对表面Cr-O间的破坏作用,改善氧化膜表层结构,提高表面电化学稳定性。因此,N的复合可增强氧化膜对H2O的作用,同时改善氧化膜的结构稳定性,从而提高不锈钢的抗氧化性。     

紫草素与胞嘧啶相互作用的理论研究

采用密度泛函理论的M06方法在6-311++G**基组水平下对紫草素-胞嘧啶复合物进行了结构优化,得到了14个稳定的紫草素-胞嘧啶复合物。我们还应用了分子中的原子(AIM)理论和自然键轨道(NBO)理论对这14个复合物中的氢键的性质和特征进行了分析。通过基组重叠误差(BSSE)校正后的相互作用能、成键临界点电荷密度、二阶稳定化能的计算和分析,发现复合物1的结构是最稳定的。     

气相中2Sr＋, 2Ba＋介入N2O与H2反应的理论研究

本文运用密度泛函理论DFT-UB3LYP方法, 对2Sr+、2Ba+采用相对论校正赝势基组SDD, 对N、O、H采用6-311+G(2d,p)基组, 计算研究了气相中碱土金属离子2Sr+、2Ba+介入N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应的微观机理, 优化了二重态势能面上各反应物、中间体和过渡态的构型特征, 用频率分析方法和内禀反应坐标方法(IRC)对过渡态进行了验证. 运用Kozuch撰写的能量跨度模型(Energetic Span Model, δE),确定了决定循环反应速率的决速过渡态(TDTS)和决速中间体(TDI), 并利用转化频率(Turnover Frequency,TOF)评估了催化性能. 结果表明：从热力学性质分析2Sr+、2Ba+离子对N2O (1∑+) 和 H2 (1∑+g)反应很好的催化作用,可得到目标产物N2 (1∑+g) 和 H2O (1A1), 却从动力学性质分析主要反应产物为N2、SrOH+ (BaOH+)和H, 最终动力学因素在主题反应中起决定性作用,以上结论与实验观测结果相符.     

Si-CNT循环催化N_2O与CO反应的理论研究

通过非金属催化转化有毒气体来解决环境问题已经成为最有效最有前景的方法.基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)研究了Si掺杂碳纳米管(Si-CNT)催化氧化N_2O与CO的反应. N_2O分子更易以直线形式吸附在Si-CNT催化剂上,并分解为N_2和CNT-SiO中间体,对应的活化能垒为2.42 kJ/mol. CNT-SiO中间体很活泼很容易与CO继续反应生成CO_2.通过分析发现CNT既可以作为电子的接受体又可以作为电子的供体,因此帮助了电荷在Si和目标分子之间的转移,这将为探索其它类似催化剂起到一定的帮助作用.     

H2O和HLi分子的双光子激发

用全相对论量子力学计算H2O和HLi的双光子偶极激发。为对比起见,同时用非相对论的对称匹配团族-组态相互作用法(SAC-CI)计算其单光子激发。对于无对称中心的H2O和HLi,符合相应群的对称选择原则。双光子跃迁几率一般比单光子跃迁的小3～5个数量级。在计算双光子偶极激发时,应采用同时包含了空间的对称性和时间反转对称性的全相对论。