溶液中CO…CO+体系相互作用的理论研究

在B3LYP/6-311+G水平上利用SCRF方法中的Onsager model模型考察了CO…CO+体系在两种介质(水和苯)中可能存在的相互作用复合物,发现由于H2O与CO+之间存在较强的相互作用,在水中仅能存在一种稳定结构,而在苯溶液中存在三种稳定的复合物.通过消除基函数引起的叠加误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)的校正,精确求算出三种复合物在两种介质中的相互作用能,表明溶剂的性质对复合物的稳定性有着重要的影响.     

基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

FeO+催化N2O与CO反应的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法6-311+G(2d) 的基组, 计算研究了气相中六重态和四重态FeO+离子催化N2O和CO生成N2和 CO2反应的微观机理, 通过计算两种重态金属离子亲氧性（OA）, 从热力学方面说明了主题反应的可行性。分析反应过程的热力学性质和动力学因素得到FeO+与N2O复合生成反应复合物, 之后继续与CO复合成中间体是能量有利反应路径,所得结果与实验观测相符.     

FeO~+催化N_2O与CO反应的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法6-311+G(2d)的基组,计算研究了气相中六重态和四重态FeO+离子催化N2O和CO生成N2和CO2反应的微观机理,通过计算两种重态金属离子亲氧性(OA),从热力学方面说明了主题反应的可行性.分析反应过程的热力学性质和动力学因素得到FeO+与N2O复合生成反应复合物,之后继续与CO复合成中间体是能量有利反应路径,所得结果与实验观测相符.     

Au10催化CO氧化反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法研究了Au10团簇催化CO氧化反应的详细机理. 对CO、O2、O、CO2四种主要吸附物及CO+O2、CO2+O、CO+O和CO+O+O四种共吸附物的吸附行为进行计算, 得到最佳活性吸附位. 模拟反应分别按照Langmuir-Hinshelwood(LH)机理和Eley-Rideal(ER)机理进行, 其中LH机理包括L1、L2两条路径, ER机理包括E1、E2两条路径. 通过对各路径活化能比较得到: 首先CO+O2→CO2+O反应按照LH机理进行的可能性较大, 并且相比较L1、L2两条路径, 由于反应按照L1路径进行时只需克服33.9和56.4 kJ•mol-1的能垒, 所以反应更易按照L1路径进行, 最佳反应路径为O2(gas)+CO(gas)→O2(ads)+CO(gas)→O2(ads)+CO(ads)→OCOO(ads)→O(ads)+ CO2(ads); 然后CO+O→CO2反应分别克服6.9和4.3 kJ•mol-1能垒, 放热352.1 kJ•mol-1, 说明低温下吸附态的O原子很容易与CO反应生成第二个CO2分子.     

密度泛函理论的若干进步

密度泛函理论（ＤＦＴ）作为处理非均匀相互作用多粒子体系的近似方法已经在计算凝聚态物理、计算材料科学和计算量子化学诸多领域取得巨大成功并获得广泛应用。然而它也存在一些被广泛关注的弱点或困难。例如关于激发态问题,强关联问题和处理大原子数复杂体系方面的困难。本将针对ＤＦＴ在以上三方面的问题,评述近年来的主要努力和进展。着重量介绍最近发展的含时间密度泛函理论（ＴＤＦＴ）,它有可能发展成为处理激发态问题的标准方法。关于强电子关联体系的处理,主要介绍ＬＤＡ以外的新发展,包括ＬＤＡ＋＋方法和计及动力学平均场理论的ＬＤＡ＋ＤＭＦＴ方法。最后,评述ＤＦＴ框架内的线性标度Ｏｒｄｅｒ－Ｎ算法的物理基础和主要策略。该算法将在处理大原子数复杂体系问题上发挥重要作用。     

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.     

砷原子团簇结构的量子化学密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的三种方法 :局域自旋密度近似SVWN、梯度修正BLYP、杂化密度泛函B3LYP ,优化了中性Asn、负离子Asn-(n =2～ 5 )的结构 ,在优化结构基础上计算了它们的振动光谱 ,获得它们稳定的最低能量态的结构 .其中中性Asn(n =2～ 5 )的稳定结构的计算结果 ,与已有的理论结果以及实验数据进行了比较 .而对负离子Asn-(n =2～ 5 ) )的稳定结构作了预言 .同时计算了Asn(n =2～ 5 )的绝热电子亲和能 (EAa) ,与有关光电子谱学的实验值符合较好 .     

NiTi+催化甲基环己烷脱氢的密度泛函理论研究

有机液体储氢是极具潜力的氢气存储方式,在原子水平上研究储-释氢催化机理,是寻找高效低廉催化剂的重要途径.采用密度泛函理论(DFT)方法研究了甲基环己烷(MCH)在过渡金属二聚体离子Ni Ti⁺催化下逐步脱氢制甲苯的反应机理,考察了反应物、中间体和生成物的能量变化.采用波函数分析方法,观察反应过程中原子电荷变化,并分析了初始化合物的态密度(DOS)等性质.结果表明:Ni Ti⁺与甲基环己烷的反应是在混合势能面上进行的放热反应,三个脱氢分子机理相似,反应整体放热为-12.19kcal·mol^-1,反应过程出现了中间体甲基环己烯和甲基环己二烯,与实验结果一致.整个反应的速率决定步骤为第三个脱氢反应过程中的IM10→TS10.     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

有机磷类农药常被用于防治植物病、虫、害,但对人、畜的急性毒性很强,能抑制乙酰胆碱酯酶。三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)的分子构型用GaussView3.07构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31G(d, p)基组,并将实验拉曼光谱、理论计算拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)进行比较。结果表明,三种有机磷类农药分子的实验值与理论方法计算值具有很好的匹配性,并对三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)在400～1 800 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了这三种有机磷类农药的特征峰。有机磷类农药分子的振动峰中会出现相近的波数,PO基团引起的波数在1 140～1 320 cm-1之间,PS的伸缩振动的谱带在535～750 cm-1范围,含有P—O—C基团的有机磷类农药在920～1 088 cm-1范围产生一个谱带。对比分析三种农药的实验拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,找到了这三种有机磷农药分子各自主要的表面增强拉曼特征峰,这些表明利用SERS技术可以用来鉴定有机磷农药。研究结果为有机磷农药的定性定量分析提供了理论基础。     

密度泛函理论研究多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂石墨烯材料表面的吸附机理

本论文用密度泛函理论方法研究了多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂的石墨烯上的吸附机理. 通过它们之间的相互作用能, 态密度, 布局电荷, 差分电荷密度分析发现多巴胺平行躺在纯的石墨烯表面主要是π•••π, -CH•••π相互作用, 而垂直放在纯的石墨烯表面主要是-OH•••π相互作用, 这些都表现为典型的物理吸附. 而Fe和Ca掺杂的石墨烯大大增强了多巴胺的吸附, 主要体现为典型的化学吸附, 因为掺杂金属原子与多巴胺的邻苯二酚羟基主要形成“bridge bidenate” or “monodenate”共价相互作用. 而且我们发现“monodenate”共价作用不一定小于“bridge bidenate”共价作用, 主要取决于相互作用原子之间最短距离的大小. 研究结果有望为多巴胺-石墨烯基体系在生物组织工程, 传感器方面的应用上提供有价值的理论指导.     

组氨酸电离能与红外光谱的密度泛涵理论计算研究

采用混合密度泛涵理论中的B3LYP方法,结合4种基组6-31G(d),6-31G(df, p),6-31+G(d)和6-311+G(2d, 2p),系统计算了光合反应中心叶绿素的配位体-组氨酸在空气、四碌化碳、四氢呋喃、水和蛋白质模拟环境中的几何结构、电离能、红外光谱及同位素标记谱。计算及分析结果表明：组氨酸分子的几何参数在不同计算基组和介质中略有不同,且C₂—N₃,N₃—C₄的键长在空气中最大;同一介质中,增大计算基组和采用扩散函数,均使计算的单点势能和振动频率降低,电离能增加,对应光谱强度增高;而同一计算方法下,介质的电介常数越高,分子的单点势能越低,电离能越小,对应的振动频率减小强度增加;另外,电离能和主要特征峰位及其15N和13C标记谱的计算结果与文献中的实验结果相吻合。所有计算均显示,高基组和施加扩散函数的计算结果与实验更接近。该研究为深入探索叶绿素与组氨酸配位后在光合反应中心的功能与振动光谱特性提供理论参考依据。     

Y_n(n=2-8)团簇吸附CO_2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论,研究了CO_2在Y_n(n=2-8)团簇表面的吸附结构和电子性质.结果表明:CO2吸附于Y_n(n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型.Y_nCO_2表现出了较大的吸附能(大于3eV).吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应.吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加.在所有尺寸中,Y_4CO_2、Y_6CO_2稳定性最好.     

Yn(n=2-8)团簇吸附CO2的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 研究了CO2在Yn (n=2-8) 团簇表面的吸附结构和电子性质。结果表明：CO2吸附于 Yn (n=2-8)团簇表面时,线型的分子结构畸变为三角形构型。YnCO2表现出了较大的吸附能 (大于3eV)。吸附使体系的能隙表现出了奇偶振荡效应。吸附后,C-O键伸长,C原子由电子施体变为受体,O原子所带电子数也显著增加。在所有尺寸中,Y4CO2 、Y6CO2稳定性最好。     

Fe_2和NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe_2铁簇与NO反应的相关微观机理.全参数优化了八重态以及十重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面(PESs).用"两态反应"分析反应机理,势能面上的两个交叉点能有效地降低反应的活化能,这在动力学上和热力学上都是有利的.N原子脱离化合物为整个反应的速控步骤.     

Fe2和NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe2铁簇与NO反应的相关微观机理。全参数优化了八重态以及十重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面（PESs）。用“两态反应”分析反应机理,势能面上的两个交叉点能有效地降低反应的活化能,这在动力学上和热力学上都是有利的。N原子脱离化合物为整个反应的速控步骤。     

过渡金属铁团簇Fe4和NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法在6-311+G（d,p）计算水平上研究了第一过渡系金属铁簇Fe4在基态和第一个激发态与NO的反应机理。全参数优化了体系中十四重态以及十六重态反应势能面上的各驻点结构,并用频率分析法和内禀反应坐标法对过渡态进行了验证。通过对反应过程的分析发现,反应在十四重态以及十六重态势能面上的反应机理是相似的。而且,该反应是一个三步反应,其中C1→TS1键是整个反应的决速步。由于势能交叉点的存在,可以有效降低反应的活化能,这在热力学和动力学上都是非常有利的。