锂在共轭双键高分子中的电化学嵌入反应III. 锂嵌入聚噻吩的量子化学计算†

采用Gaussian软件和HF方法, 通过从头计算(ab initio)法选取4-31G基组计算锂离子嵌入聚噻吩过程中结构与结合能的变化关系. 发现噻吩聚合时主要生成三或四聚合物. 聚合物在Li原子(或Li^＋离子)嵌入后, 聚噻吩间距离明显变小, 同时发生电荷转移, 形成稳定嵌合物; 并使噻吩环的C-α—C-β键级变小. 同时, 研究了锂离子(或原子)嵌入后体系的HOMO, LUMO能级. 聚噻吩在嵌入锂离子时LUMO轨道能级变为负值, 成为电池反应得电子的正极. 而金属Li₂ 释放Li^＋后的Li^－的HOMO能级为＋0.7427 eV, 则成为给电子的负极. 由此, 可以完成由锂/聚噻吩在高氯酸锂电解质中组成的放电过程, 并提出嵌合键级概念用来表征锂在聚噻吩间的结合程度.     

锂在共轭双键高分子中的电化学嵌入反应Ⅱ:锂在聚吡咯中嵌入反应的量子化学研究

本文用量子化学CNDO/2方案计算,取文献中吡咯骨架原子的结构参数,再优化锂嵌入聚吡咯的几何参数.结果表明不管是Li+离子还是中性Li原子,嵌入单个吡咯上还是嵌入两个吡咯之间,它与吡咯环四个碳原子平面的距离都为0.210到0.216nm.且锂与碳原子键合,形成多中心键,锂嵌入聚吡咯后,固有的Ca=Cs双键的键级和键能明显减弱.这与前一报中发现IR谱的1560cm-1吸收峰消失相一致.锂正离子嵌入聚吡咯后,使吡咯的前沿π*空轨道的能量由正变为负值,而成为电子接受体(正极).遍及全部聚吡咯的π*LUMO和HOMO使得聚吡咯呈现导电性能.     

锂在共轭双键高分子中的电化学嵌入反应III. 锂嵌入聚噻吩的量子化学计算†

采用Gaussian软件和HF方法, 通过从头计算(ab initio)法选取4-31G基组计算锂离子嵌入聚噻吩过程中结构与结合能的变化关系. 发现噻吩聚合时主要生成三或四聚合物. 聚合物在Li原子(或Li^＋离子)嵌入后, 聚噻吩间距离明显变小, 同时发生电荷转移, 形成稳定嵌合物; 并使噻吩环的C-α—C-β键级变小. 同时, 研究了锂离子(或原子)嵌入后体系的HOMO, LUMO能级. 聚噻吩在嵌入锂离子时LUMO轨道能级变为负值, 成为电池反应得电子的正极. 而金属Li₂ 释放Li^＋后的Li^－的HOMO能级为＋0.7427 eV, 则成为给电子的负极. 由此, 可以完成由锂/聚噻吩在高氯酸锂电解质中组成的放电过程, 并提出嵌合键级概念用来表征锂在聚噻吩间的结合程度.     

锂在共轭双键高分子中的电化学嵌入反应Ⅱ:锂在聚吡咯中嵌入反应的量子化学研究

本文用量子化学CNDO/2方案计算,取文献中吡咯骨架原子的结构参数,再优化锂嵌入聚吡咯的几何参数。结果表明不管是Li~+离子还是中性Li原子,嵌入单个吡咯上还是嵌入两个吡咯之间,它与吡咯环四个碳原子平面的距离都为0.210到0.216nm。且锂与碳原子键合,形成多中心键,锂嵌入聚吡咯后,固有的C_α—C_β双键的键级和键能明显减弱。这与前一报中发现IR谱的15600m~(-1)吸收峰消失相一致。锂正离子嵌入聚吡咯后,使吡咯的前沿π~*矿空轨道的能量由正变为负值,而成为电子接受体(正极),遍及全部聚吡咯的π~*LUMO和HOMO使得聚吡咯呈现导电性能。     

分子筛的Bri(?)nsted酸性质——HZSM-5,HM和HY分子筛的酸强度的量子化学研究

用量子化学近似方法研究了HY,HM和HZSM-5,HM的Bronsted酸性质,解释了氨吸附时产生吸附热及羟基振动向低频位移等实验现象,从而讨论了各酸位的相对酸强度,并对HY沸石内四种结构羟基的相对稳定性作了估计.     

氨在丝光沸石位置(VI)上的吸附

The adsorption of NH3 on (AO)3SiO*HAl(OA)2OSi(OA)3 cluster from the structure of site (VI) of mordenite Zeolite has been calculated by an adsorption model of hydrogen-bond form, quantum chemical method, CNDO/2 scheme. Variations of adsorption distance between NH3 and O* in the cluster were directly related to initial adsorption heats of NH3 on O*H group, jump frequency of the proton between NH3 and O* and frequency shift of IR band with O*H group. Adsorption distance of NH3 on O*H group has been calculated, the range was about 2.5 to 2.75A, and the most favourable adsorption distance with strong acid strength was 2.5A. It was related to the maximum initial adsorption heat which was 33.80 kcal/mol, the lowest activation energy of proton mobility between NH3 ane O*, and the largest frequency shift of IR bands with O*H group. This result qualitatively corresponded to experimental observations. It showed that the various representations of acidic strength are equivalent to each other which could be explained on basis of adsorptin model of hydrogen bond form.     

氨在丝光沸石位置(Ⅵ)上的吸附

用量子化学近似方法,CNDO/2方案,在选取原子簇(AO)_3SiO~*HAl(OA)_2OSi(OA)_3的基础上,采用“氢键式”的吸附模型,计算了NH_3在丝光沸石位置(Ⅵ)上的吸附。结果表明:稳定吸附距离约为2.3A到2.75A(O与N间),其中2.5A为最优吸附位置,它联系着表征Bronsted酸强度的最大吸附热33.80kcal/mol(计算值)、最低的质子迁移势垒及OH振动频率向低频的最大位移。这些结果定性地与文献报道的实验事实一致。     

NH4Y沸石分子筛上质子的运动—结构硅铝比对质子迁移的影响

用CNDO/2方法计算了NH_3在HY原子簇上的吸附热和质子在NH_3和HY沸石间的迁移频率。计算结果指出:质子的迁移频率随着结构硅铝比的增加而增加;硅铝比的递增使迁移频率的增加大于相应羟基浓度的减少。质子迁移的活化能也随着晶胞常数的变小而下降。     

NH4Y沸石分子筛上质子的运动(Ⅰ)——用CNDO/2法计算氨在HY沸石上的吸附热及质子在NH4Y内的迁移

用CNDO/2方法定量计算氨在HY(Si/Al=2.4)沸石上的吸附热,其值24.4kcal/mol与实验值符合较好。质子在表面与NH₃间迁移,有两个能量极小值;吸附时,质子从接近表面的极小迁移到接近NH₃极小时,要越过势垒9.40kcal/mol;反之要越过势垒11.9kcal/mol。400℃时,质子在表面与NH₃间跳动频率为1.92×10⁹sec^-1。NH₃吸附后,NH键长增加,加以质子迁移,导致NH₈上负电荷密度向沸石表面迁移,使H上的电子集居数减少,H更质子化。