AlN的MOCVD生长中表面吸附的量子化学研究

利用量子化学的密度泛函理论(DFT),对AlN的MOCVD生长中表面反应前体MMAl、DMAlNH2分别在理想、NH2覆盖AlN (0001)-Al面的吸附进行研究.通过分析表面吸附位、吸附能、分波态密度图等,确定可能的稳定吸附结构和吸附倾向.研究发现:在理想和NH2覆盖的AlN(0001)-Al面,MMAl吸附在T4位和H3位,吸附概率相近,MMAl与表面形成3个Al-Al8键(理想AlN表面)或3个Al-N8键(NH2覆盖的AlN表面).在理想AlN表面,DMAlNH2吸附在Top-Top位,与表面形成N-Al8键和Al-Al8键;在NH2覆盖的AlN表面,DMAlNH2吸附在Top位,与表面形成Al-N8键.对比两种粒子在理想和NH2覆盖表面的吸附能,发现在理想表面DMAlNH2的吸附能大于MMAl,即DMAlNH2优先吸附;在NH2覆盖表面,MMAl的吸附能明显大于DMAlNH2,即MMAl优先吸附.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用——混合价三核锰配合物磁性的理论研究

在对混合价化合物分类的基础上, 将双核耦合模型推广到三核磁耦合体系, 重点研究定域与离域两类混合价化合物的磁学性质. 以混合价三核锰为例, 应用密度泛函理论方法计算了定域与离域 [Mn3O(O2CH)6L3]z+(L=pyridine; z=0)化合物的电子结构, 得到与实验可比较的磁耦合常数J. 结果表明, 密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法可用于此三核混合价体系; 对于完全离域的混合价Mn3Ⅱ,Ⅲ,Ⅲ体系, 必须考虑电子的离域作用对磁耦合的影响, 其Hamiltonian量应该包含双交换参数B. 为便于比较, 同时计算了等价三核锰化合物[Mn3O(O2CH)6L3]z+(L=pyridine; z=1)的磁学性质.     

添加硼砂助熔剂煤灰熔融性的量子化学与实验研究

将硼砂按不同比例分别掺入四种高灰熔点煤灰中,对混合灰样熔融特性进行实验研究。 采用密度泛函理论对熔融过程中作为反应物的莫来石反应活性进行计算。莫来石属于正交晶系Pbam空间群。计算结果表明,莫来石很容易与电子接受体结合,不容易与电子给予体结合。当莫来石与电子给予体结合时,Si原子的活性高于Al。因此,向莫来石中加入助熔剂硼砂时,硼砂中的Na＋作为电子接受体,非常容易进入莫来石的晶格中,促使莫来石转变为霞石,降低了灰熔融温度。在还原性气氛下,煤灰熔融特性实验证实了理论计算结果。     

对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G*水平上计算对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物分子的几何结构、振动光谱、电子光谱和非线性光学性质, 分析讨论端接基对其光谱与非线性光学性质的影响. 结果表明, 端接基的引入对该类分子的几何结构影响不大. 烷氧基的链长对分子振动光谱的影响很小, 端基引入CN时, C＝O的伸缩振动频率蓝移9 cm^－1. TD-DFT计算表明, 最大吸收光谱源于分子中HOMO→LUMO的p→p*跃迁, 对应的最大吸收波长值在313～375 nm之间, 属于紫外区. 端接强供电子基团可以提高分子的二阶非线性光学性质.     

烃类化合物碳氢键解离焓的密度泛函理论研究

通过比较10种密度泛函方法对烃类化合物碳氢键解离焓的计算精度, 发现新型密度泛函BMK方法具有最高的计算精度. 利用该方法计算了包含饱和链烃,、不饱和链烃、脂环烃和芳香烃在内的172个烃类化合物的碳氢键解离焓,计算均方根误差仅为7.95 kJ•mol^－1, 线性拟合常数为0.985. 通过自然键轨道法分析发现, 烃类物质的碳氢键解离焓与母体的碳氢键杂化轨道成分p%, 自由基奇电子轨道杂化成分p%及自由基的自旋密度三个参数之间存在较好的定量关系. 此外, 饱和链烷烃及不饱和链烃的碳氢键解离焓与碳氢键键长之间也存在较好的线性关系.     

Study of H2O and HOCH2CH2OH Adsorption on the Relaxation Surface of β-Si3N4（0001） by Density Functional Theory

Density functional theory （DFT） B3LYP method is used to theoretically investigate the adsorption conformations of H2O and glycol on the relaxation surface of β-Si3N4（0001） with cluster models. For H2O, the most stable structure is that adsorbed through the H atom lying above a N（3） site of the relaxation surface of β-Si3N4（0001）; while for glycol, it is the one adsorbed via the H atom lying above the center of Si（2） and N（3） of the same relaxation surface. The adsorption energy, adsorption bond and transfer electrons of the two adsorbed substances prove that glycol is easy to be adsorbed on the relaxation surface of β-Si3N4（0001）.     

Cu13、Cu12Zr和Cu12Zn团簇上CO2还原反应的密度泛函理论研究

本研究采用密度泛函理论研究了Cu₁₃、Cu₁₂Zn和Cu₁₂Zr团簇的CO₂还原反应的吸附和活化能力,计算结果表明相比于Cu₁₃团簇,Cu₁₂Zr增强了对反应物和中间体的吸附能力,而Cu₁₂Zn团簇降低了对反应物和中间体的吸附能力。计算了Cu₁₃、Cu₁₂Zr和Cu₁₂Zn团簇上CO₂还原为CO的能垒为分别为0.65、0.35和0.58 eV,CO₂加氢生成HCOO的能垒为0.87、0.77和0.49 eV,而CO₂加氢生成COOH的能垒为1.67、1.89和0.99 eV。Zn和Zr元素的掺杂提高了铜团簇的CO₂催化还原能力,其中,表现为Cu₁₂Zr团簇有利于CO₂解离生成CO,Cu₁₂Zn团簇有利于CO_2...     

多共振热激活延迟荧光过程的理论研究

本工作借助第一性原理和动力学演化,系统地研究了四个叔丁基-咔唑及吩噻嗪取代的硼-氮化合物(BCz-BN、2PTZ-BN、Cz-PTZ-BN和2Cz-PTZ-BN)的多共振热激活延迟荧光的高效发光机制.结果表明上述分子T₁与T₂间的内转换速率远大于其它辐射与非辐射速率,同时T₂到S₁的反向系间窜越速率也高于T₁到S₁的反向系间窜越速率,因此其多共振热激活延迟荧光过程应遵循T₁→T₂→S₁→S₀的路径.进一步动力学演化表明,T₁与T₂之间的内转换主要发生在演化初期,随着时间的推移,能量逐渐由T₂向S₁转移,并最终在S₁完成荧光发射.上述研究揭示了多共振延迟荧光的微观本质,为未来设计及合成新的多共振热激活延迟荧光分子提供了理论依据.     

氮掺杂石墨烯负载单原子Zr催化CO2加氢的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论计算,研究了H2和CO2在氮掺杂石墨烯负载单原子Zr催化剂(Zr Nx-Gr)上的吸附和CO2催化加氢反应. H2和CO2在Zr N3-Gr上单独吸附的吸附能分别为-0.49和-2.17 e V,在H2和CO2共吸附状态下,吸附能为-2.24 e V,均高于在Zr N4-Gr表面的吸附能,表明Zr N3-Gr表面更利于CO2加氢反应的发生.在Zr N3-Gr表面, CO2在共吸附后保持了其单独吸附时的特性,削弱了H2分子的吸附. CO2在Zr Nx-Gr表面催化加氢反应起始于H2和CO2的共吸附构型,沿反式HCOOH路径形成甲酸盐(HCOO*)中间体,然后HCOO*基团吸附H原子形成反式甲酸,在Zr N3-Gr和Zr N4-Gr表面该路径的反应能垒分别为1.85和2.48 e V.另一路径为产生CO与H2O的反应,在Zr N3-Gr和Zr N4-Gr表面的反应能垒分别为1.86和1.73 e V,表明Zr N3-Gr更利于CO2加氢生成甲酸反应的发生,而Zr N4-Gr表面更利于CO的产生.     

反式-1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂萘烷异构体热解机理与稳定性的理论研究

运用密度泛函理论和半经验分子轨道方法,对一系列高能杂环硝胺—反式-1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂萘烷异构体的热解机理和稳定性进行了系统地计算研究。在B3LYP/6-31G**和PM3水平上,分别计算了标题物的化学键离解能(BDE)和热解反应活化能(Ea),并根据BDE和Ea数值考察了硝胺取代基对化合物稳定性和热解机理的影响;同时,还详细考察了BDE与Ea、化学键重叠布居数、前线轨道能级以及能隙之间的相关性。结果表明,由BDE、Ea和静态电子结构参数推断的标题物热稳定性和热解机理的结论基本是一致的,N-NO2键均裂是标题物的热解引发步骤,间位取代异构体较对位取代异构体稳定,而邻位取代的异构体稳定性最差。