3d过渡金属掺杂M_2@Si_(20)(M=Sc-Zn)团簇的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究3d过渡金属掺杂硅团簇的几何结构和稳定性,计算了绝热电子亲和能和垂直电离能,内嵌双金属间距,自旋磁矩等.结果表明内嵌的Sc、Ti、V、Mn金属二聚体和十二面体硅笼构成了稳定的富勒烯结构,随着d电子数目的增加其内嵌的富勒烯构型有部分畸变,总体而言Si_(20)团簇掺杂双金属后稳定性得到了提高.     

双原子分子激发态势能的自旋相关局域Hartree-Fock密度泛函理论方法

基于自旋相关局域Hartree-Fock (SLHF)势函数,本文提出了一种计算双原子分子激发态势能的密度泛函理论(DFT)方法,并将该方法应用于和的激发态势能曲线的计算。在只考虑交换能的情况下,本文的DFT计算结果与文献中精确方法和Hartree-Fock (HF)方法的结果符合的非常好,说明采用SLHF势函数作为交换势的DFT方法是一个很好的计算激发态势能的方法。本文还计算和探讨了电子的关联势函数和关联能,发现传统的近似方法在较大核间距的情况下大大低估了电子的关联能.     

温度扰动下CuCl2/DMF溶液的二维相关拉曼光谱分析

溶液的光谱研究一直受到化学工作者的关注,但大多研究是以一维光谱技术为主,存在分辨率低,误差较大,重叠峰难以分辨等诸多弊端,无法清晰地给出需要的信息。二维光谱通过对外部扰动下的动态光谱进行相关分析计算,从而得到光谱强度的整体变化信息,显著提高一维光谱的分辨率以及重叠峰的分离度。在判断特定外扰下不同官能团的响应次序以及研究分子间、分子内的弱相互作用上具有独特优势。采用二维相关拉曼光谱和理论计算相结合,对溶液内微观团簇及其变化进行了研究。利用显微共焦激光拉曼光谱仪对目标溶液(纯DMF与0.84 mol·L-1的CuCl₂/DMF溶液)进行了升温实验。结果发现在C-N键伸缩振动谱带范围内,由于CuCl₂的加入,特征峰强度整体大幅下降,峰宽变大,在1 115 cm-1有新峰产生,随温度升高,伸缩振动峰强度逐渐下降,峰形变缓。为了获得C-N键振动内各特征峰随温度的变化情况,采用移动窗口二维拉曼(MW2D Raman)光谱技术,对光谱数据进行分析。结果表明溶液内不同类别的微观团簇对温度的敏锐程度不同,随温度升高,它们之间存在相互转化,且变化速度不同。为了获取溶液内各微观团簇运动的实质,以温度为外扰,采用二维拉曼(2D Raman)光谱对目标溶液进行分析,通过对二维光谱中特征峰进行归属和变化次序判断,发现金属Cu2+的加入,使得溶液体系变得更加复杂,除存在原溶剂内所含的团簇构型,还存在与Cu2+发生溶剂化的团簇构型,它们之间存在着一定的相互转化。利用密度泛函理论对溶液中可能存在的团簇构型进行结构优化和热力学计算,结果证实了Cu2+与DMF存在相互作用,且由此产生的团簇构型[Cu(DMF)_n]2+(n=1~6)的稳定性随n的增大逐渐变差,进一步验证了二维相关光谱分析的可行性与正确性。     

卟啉基非金属纳米片用于可见光光催化制氢

本文基于密度泛函理论预测了一种用于可见光范围光催化制氢的新型二维非金属纳米材料,该材料可以由HTAP分子脱氢聚合得到,具有良好的结构稳定性,且带隙为2.12 eV,可以实现可见光区域的光捕获. 材料的带边能级位置恰好包裹水的氧化还原电位,有利于实现全光解水. 电子的迁移率略高于空穴的迁移率,有利于光生载流子的分离. 光生电子可以提供足够的驱动力使得析氢反应自发进行.     

几何视角下的热力学

几何和热力学中的联系长期没有受到足够的注意.本文用几何分析了热力学中的三个问题.第一,从数学上切触几何理解汤姆孙-贝特洛原理,并直接提炼出热力学第三定律;第二,如何从二维曲面的高斯曲率研究气液临界点附近的形状,研究van der Waals方程中a、b系数是否和温度有关这一问题;第三,涨落理论可以有度规描述并具有标量曲率,并利用van der Waals方程展示了标量曲率如何刻画分子之间的相互作用.因此,通过挖掘热力学问题的几何内涵不但可以解决热力学疑难问题,还可以发现新的研究方向.     

An Interacting Gauge Field Theoretic Model for Hodge Theory: Basic Canonical Brackets

We derive the basic canonical brackets amongst the creation and annihilation operators for a two （1 ＋ 1）- dimensional （2D） gauge field theoretic model of an interacting Hodge theory where a U（1） gauge field （Aμ） is coupled with the fermionic Dirac fields （ψ and ψ）. In this derivation, we exploit the spin-statistics theorem, normal ordering and the strength of the underlying six infinitesimal continuous symmetries （and the concept of their generators） that are present in the theory. We do not use the definition of the canonical conjugate momenta （corresponding to the basic fields of the theory） anywhere in our whole discussion. Thus, we conjecture that our present approach provides an alternative to the canonical method of quantization for a class of gauge field theories that are physical examples of Hodge theory where the continuous symmetries （and corresponding generators） provide the physical realizations of the de Rham cohomological operators of differential geometry at the algebraic level.     

(KN3)n(n=1~5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311G*基组水平上对(KN3)n(n=1~5)团簇各种可能的结构进行了几何结构优化, 预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷分布和稳定性性质进行了分析研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, KN3团簇最稳定结构为直线型, (KN3)n(n=2~3)团簇最稳定结构为环形结构, (KN3)n(n=4~5)团簇最稳定结构是由(KN3)2团簇最稳定结构形成的平面和空间结构. N-N 键键长在0.1156~0.1196 nm之间, N-K键键长在0.2357~0.2927 nm之间; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与K原子直接作用的N原子负电性更强, 金属K原子与N原子之间形成离子键. (KN3)n(n=1~5)团簇最稳定结构的IR光谱最强振动峰均位于2180~2230 cm-1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动. 稳定性分析显示, (KN3)3团簇具有相对较高的动力学稳定性.     

密度泛函理论研究KB_n(n=1-9)团簇的结构和性质

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似(GGA)研究了KB_n(n=1-9)团簇的基态几何结构,系统计算了平均结合能Eb、二阶能量差分△2E、劈裂能D(n,n-1)、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙,研究表明:KB_n(n=1-9)团簇,随着团簇尺寸的变化,其稳定性逐渐增强,其中KB_3和KB_5为幻数团簇;KB_n(n=1-9)团簇的能隙随团簇总原子数的增加呈现振荡变化,态密度分析得到能隙振荡变化的原因是团簇带隙的差异.     

Rh的芳基化合物与含氮芳基卤代物交叉偶联反应机理研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Rh的芳基化合物与含氮芳基卤代物交叉偶联过程催化循环的微观反应机理.在B3LYP/6-31+G(d)基组水平上(Rh、I采用了赝势基组Lan L2DZ)优化了反应过程中所有化合物的几何构型并计算了频率,通过能量、频率和振动方式确定了中间体和过渡态的真实性.此外,在同等基组水平上还运用了分子中的原子理论讨论了成键临界点的电荷密度的变化,运用了自然键轨道理论讨论了键的性质与轨道间的相互作用.为了提高计算精度,在6-311++G(d,p)基组水平上计算了反应机理中所有物质在气相及溶剂化下的单点能,得到与6-31+G(d)基组计算相同的结论 .结论表明Rh(Ⅰ)起到了有效的催化作用,且计算所得结论与实验结果相符合.     

三硝基甲烷键离解能和生成焓的理论计算

采用密度泛函(DFT)四种交换/相关函数(B3LYP、B3P86、B3PW91和PBE0)结合不同的基函数,求得了三硝基甲烷C-NO2键的离解能(BDE),并且通过合理选择参考物硝基甲烷,设计等键等电子对反应,计算了气相三硝基甲烷分子的生成焓(HOF).与实验数据进行比较,PBE0/6-31g*计算出的BDE值最好,误差为-2.1 kcal mol-1;PBE0密度泛函结合带极化函数的6-31g基组得到的HOF值与实验值吻合的最好(误差在0.1 kcal mol-1以内).