全无机卤化铅钙钛矿的结构、热力学稳定性和电子性质

有机-无机杂化卤化铅钙钛矿因具有独特的电子和光学特性,已经成为光电领域最有前途的材料。但是,有机-无机钙钛矿材料及器件稳定性差,限制了其实际应用。与杂化钙钛矿相比,全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃(X=Cl,Br,I)显示出更强的热稳定性。全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃具有多个晶型,在不同的温度下呈不同相结构。目前,关于CsPbX₃的结构和物理性质仍存在争议。本文我们针对三个晶相α-,β-和γ-CsPbX₃的结构,热力学稳定性和电子性质进行了全面的理论研究。第一性原理计算表明,从高温α相到低温β相,然后再到γ相的相变伴随着PbX₆八面体的畸变。零温形成能计算表明,γ相最稳定,这与实验中γ相为低温稳定相的结论一致。电子性质计算表明,所有CsPbX₃钙钛矿都表现出直接带隙性质,并且带隙值从α相到β相再到γ相逐渐增加。这是由于相变发生时,Pb-X成键强度逐渐减弱,使价带顶能量降低,进而带隙增加。在所有相中,α相结构中较强的Pb-X相互作用,导致了较强的带边色散,使其具有较小的载流子有效质量。     

利用多项式拟合测量飞机油箱油量

飞机飞行中,测量剩余油量是关乎飞行安全的重要工作。以往采用的查表法存在存储数据量过大的问题,而插值法的计算又过于复杂,为此,提出了一种基于多项式数据拟合的油箱剩余油量测量方法,该方法通过存储多项式系数减少数据存储量,通过将多元插值计算改为多项式计算降低运算量。实验中,首先通过地面实验数据拟合获取多项式参数,再利用飞机飞行中获取的测量数据进行计算,所得结果与油箱内剩余油量的实际测量结果相比较,测量误差满足使用要求。通过理论和实验分析,在多项式拟合的阶数选择上明确了使用三阶多项式的合理性。该方法有较好的实用性,已在实践中应用。     

基于数值原子轨道基组的第一性原理计算软件ABACUS

随着超级计算机硬件和数值算法迅速发展, 使得目前利用密度泛函理论研究上千个原子体系的电子能带和结构等性质变得可行. 数值原子轨道基组由于其基组较小和局域等特性, 可以很好地与电子结构计算中的线性标度算法等的新算法结合, 用来研究较大尺寸的物理体系. 本文详细介绍了一款中国科学技术大学量子信息重点 实验室自主开发的基于数值原子轨道基组的第一性原理计算软件 Atomic-orbital Based Ab-initio Computation at UStc. 大量的测试结果表明: 该软件具有很好的准确性和较高的并行效率, 可以用于包含1000个原子左右的系统的电子结构和原子结构的研究以及分子动力学模拟计算.     

基于瑞利-索末菲积分的大衍射角衍射光学元件设计方法

针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况,本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法,可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整,再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得到衍射光学元件的相位分布。分别采用本文方法和原有的基于夫琅禾费衍射积分的方法设计衍射光学元件实现线条结构光和不同角度方框图形的光场重构,结果表明:原有的设计方法只适用于衍射角全角小于25°的情况,当衍射角大于25°时,重构光场会出现显著的枕形畸变和不均匀的强度分布。而本文方法在小角度和大角度衍射下都能重构出准确的衍射角和较为均匀的强度分布.     

多维矢量矩阵变换域的运动矢量估计

为了实现对视频中运动目标的运动矢量估计,建立了多维矢量矩阵变换域运动估计系统,在变换域对运动视频中运动目标形成的多维能量集中平面进行研究。首先,介绍了多维矢量矩阵理论、变换理论以及运动目标在变换域形成能量集中平面的理论推导;然后,采用平面拟合的方法,求取运动矢量的大小;最后,分析对比了几种方法的效果和迭代速度。实验结果表明:多维矢量矩阵变换域的运动平面拟合方法估计的运动矢量精度达到10^-2 pixel,提供了一种变换域运动矢量估计的高精度方法。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪合成中的氧化方法改进

以磁性Fe3O4负载质子化过氧钨酸盐为催化剂,在不用三氟乙酸的情况下,以双氧水为氧化剂,将2,6-二甲氧基吡嗪、2,6-二氯吡嗪和2-氯-6-甲氧基吡嗪高效地氧化为其相应的氮氧化物2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(LLM-105)。典型条件为:底物10 mmol,CH3CN 30 mL,催化剂Fe3O4/CS/HWO 0.1 g(约0.1 mmol),60℃分5次逐滴加入30%双氧水5 mL。反应混合物溶液经萃取和柱色谱法提纯,得产物,收率一般为60%~73%。使用高斯03量化计算程序对氧化过程进行了理论计算,结果与实验数据相符。     

甲醛分子的结构和性质的计算化学研究——介绍一个计算化学实验

介绍一个为化学专业本科生设计的、运用通用量子化学软件Gaussian和GaussView完成的计算化学实验.实验内容包括最基本的构型优化、频率计算和电子结构分析.旨在通过本实验,使学生初步掌握用量子化学计算方法研究分子结构和性质的基本过程,并能在将来的科研工作中学以致用.     

应用理论化学方法预测有机分子的标准摩尔生成焓

介绍一个针对高年级本科生开设的计算化学创新性实验,采用高斯理论计算一系列有机小分子的构型和热化学性质,并通过原子化反应法计算其标准摩尔生成焓.该实验可让学生初步掌握相关计算软件的使用,了解不同计算方法的适用范围,认识理论与实验相结合的实践途径.     

含2,6-二(甲基苯并咪唑)吡啶钴、镨配合物的合成、结构、电化学性质和理论计算研究

以2,6-二(甲基苯并咪唑)吡啶和2,2′-联吡啶为配体,合成了一个钴的配合物[Co(mbzimpy)(bipy)Cl]Cl O4·1.3H2O(1)和一个镨的配合物[Pr(mbzimpy)2(NO3)2]Cl O4·2CH3COCH3(2),(mbzimpy=2,6-bis(methylbenzimidazol-2-yl)pyridine,bipy=2,2′-bipyridine)并利用单晶衍射对其结构进行了表征。还对配合物1和2的荧光和电化学性质进行了研究。晶体结构中C-H…O氢键和π-π芳环堆积作用将每个单核分子连接成一个三维的空间结构。配合物1的TD-DFT理论计算的结果表明:实验得到的紫外谱图和理论计算的紫外谱图较好地吻合。通过循环伏安图可以了解金属中心的氧化和还原电子对。在不同偶极矩的溶剂中研究其荧光性能。     

Infrared spectroscopy of N-methylacetamide in water from high-level QM/MM calculations简

The infrared(IR) spectra of the N-methylacetamide molecule in water are calculated by using the MD simulation with high-level QM/MM corrections. The B3LYP and MP2 levels with 6-311++G** basis set are used for the QM region, respectively. Our results show all IR spectra at the B3LYP level are well consistent with the corresponding MP2 results. A dynamical charge fluctuation is observed for each atom along the simulation trajectories due to the electrostatic polarization(EP) effects from surrounding solvent environment. We find that the QM/MM corrected IR spectra satisfactorily reproduce the experimental vibrational features of amide I–III modes.