硅烯对含氢氯硅烷选择性Si—X键插入反应的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-31++G(d,p)算法,比较了通过位阻效应稳定的二烷基取代硅烯和通过电子效应稳定的二氨基取代硅烯对含氢氯硅烷Si—X(X=H或Cl)键插入反应的反应选择性差异.研究结果表明:(1)二氨基取代硅烯的Si—X键插入反应的反应活性低且放热不明显,产物在热力学上远不及二烷基取代硅烯的产物稳定;(2)二氨基取代硅烯对二甲基氢氯硅烷(Me2SiHCl)表现出了与二烷基取代硅烯不同的反应选择性,Si—Cl插入反应优先于Si—H插入反应.其根本原因在于Si—H插入反应过渡态能量的稳定性对硅烯的亲电性作用的依赖性显著大于Si—Cl插入反应.     

H_2S和CH_3SH与硅锡烯加成反应的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了H2S及CH3SH与硅锡烯的加成反应的微观机理和势能剖面.计算结果表明,所研究反应由多步机理组成且反应的初始步骤为H2S或CH3SH对硅锡烯的亲核进攻.反应过程中Si(Sn)-S键总是先于Sn(Si)-H键形成.形成Si-S键的反应在动力学上比形成Sn-S键的反应有利,且主要由能量因素决定.CH3SH作为亲核反应试剂比H2S更活泼.     

二锗烯与几种亲核试剂加成反应的计算研究

采用密度泛函理论方法研究了二锗烯(H2Ge=GeH2)与几种亲核试剂(CH3OH、C4H9OH、PhOH及CF3OH)的加成反应的微观机理和势能剖面,考查了几种亲核试剂的加成反应活性.计算结果表明,H2Ge=GeH2与CH3OH、C4H9OH或PhOH的单聚体的加成反应均有两种不同的反应途径,即亲核加成和亲电加成,且亲电加成相对更容易发生.但H2Ge=GeH2与CH3OH的二聚体及三聚体的加成反应只能以亲核加成的方式进行.CH3OH二聚体作为亲核试剂的反应活性高于相应的单聚体,但C4H9OH二聚体的加成反应活性低于其单聚体.CH3OH、C4H9OH、PhOH及CF3OH作为亲核试剂的反应活性从高到低依次为:CH3OHC4H9OHPhOHCF3OH.     

9-硅蒽和9-锗蒽与烯烃杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311G**水平研究了9-硅蒽和9-锗蒽与烯烃的杂Diels-Alder反应的微观机理、势能剖面,考察取代基对反应势能剖面的影响.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且Si(Ge)—C键总是先于C—C键形成.乙烯分子中C原子上的苯基取代基在热力学上对反应不利,但在动力学上的影响取决于产物中苯基与Si(Ge)原子之间的相对位置.9-硅(锗)蒽分子中Si(Ge)原子上的2,4,6-三甲基苯基取代基在热力学和动力学上均对反应不利.     

智能剥离制备GOI材料

绝缘体上锗(Germanium-on-Insulator,GOI)结合了Ge材料及SOI(Silicon-on-Insulator)结构的优点,是一种极具吸引力的Si基新型材料.GOI材料不仅具有高的电子和空穴迁移率,同时其独特的全介质隔离结构可以避免短沟道效应,降低寄生电容和结漏电流.首先研究不同表面处理方法对体Ge与SiO2/Si晶片键合强度的影响,实验结果显示采用N2等离子体活化处理结合氨水溶液(NH4OH∶H2O=1∶10)亲水性处理,所得到的体Ge与SiO2/Si晶片的键合效果较好,其键合强度3.8 MPa.利用智能剥离技术(Smart-Cut TM)制备了绝缘体上锗材料.SEM测试显示GOI材料键合质量良好,界面清晰平整,并且Ge层大部分面积无空洞.实验分析得到GOI材料的压应力及XRD(004)摇摆曲线中Ge峰的不对称是由GOI表面的注氢损伤层引起的.真空500℃退火30min对于注入损伤层的应力具有释放作用,但无法修复注入损伤.用溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶1∶10)腐蚀去除注入损伤层后,应力层被去除,并且获得Ge峰半高宽仅为70.4arc sec的GOI材料.     

硅苯-Cr(CO)_3配合物与H_2O的加成反应的计算研究

采用密度泛函理论方法,研究了硅苯-Cr(CO)_3配合物(R)与H_2O的1,2-及1,4-加成反应的微观机理和势能剖面,考察了H_2O分子数目、Si原子上的2,4,6-三甲基苯基(Mes)取代基及四氢呋喃溶剂对反应势能剖面的影响.结果表明,R可分别与H_2O的单聚体、二聚体及三聚体发生加成反应.R与H_2O二聚体的加成反应在动力学上比其与H_2O单聚体及三聚体的相应反应有利.Cr(CO)_3与硅苯形成配合物对硅苯与H_2O的加成反应的动力学性质影响较小,但在热力学上对反应非常不利,特别是对1,4-加成反应的影响更为显著.当Cr(CO)_3与硅苯形成配合物后,实验观察到的完全的位置选择性主要由热力学因素控制.Si原子上具有较大体积的Mes取代基对反应不利.四氢呋喃溶剂在热力学和动力学上均不利于R与H_2O的加成反应.     

二硅烯及其相关分子的量子化学计算研究

使用密度泛函法、MP2法和考虑组态相关作用的QCISD和CCD法,对重主族双键化合物二硅烯、二锗烯等进行了优化构型的量子化学计算.计算结果表明,H2X=XH2(X=Si,Ge,Sn,Pb)型分子均为非平面反式弯曲几何构型,亚甲基XH2的基态为单线态.利用计算的"单线态-三线态"能量差ΔEST和双键键能Eσ π分析并解释了非平面反式弯曲几何构型的形成条件和标题物中双键的相对强度.     

1,3-磷锗丙二烯及其相关分子的量子化学计算研究

用量子化学从头计算(HF)和密度泛函理论(DFT)对1,3-磷锗丙二烯及其相关分子进行了研究.在6-311 G(d,p)和6-311 G(3df,2p)基组水平优化上计算了各标题物的平衡几何构型.结果表明:1,3-磷锗丙二烯及1,2,3-磷硅锗丙二烯为弯曲几何构型,负离子也为弯曲几何构型.另外,在B3LYP/6-311 G(d,p)水平上计算了各标题物的旋转势垒,定性估算了各标题物分子中Ge=C、Ge=Si、C＝P、Si＝P和Ge=P等双键的相对强度.     

锡烯与一些亲核试剂加成反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了锡烯与一些亲核试剂(H_2O、MeOH及PhOH)间的加成反应的微观机理和势能剖面,考察了Sn=C双键中Sn原子和C原子上的取代基对反应势能剖面的影响.计算结果表明,H_2O及MeOH的单聚体、二聚体及三聚体均可作为亲核试剂与锡烯发生加成反应,但只有PhOH的单聚体才能与锡烯发生加成反应.Sn=C双键中Sn原子上的吸电子基团和给电子基团分别能使加成反应的活化Gibbs自由能降低或升高,而C原子上的取代基则有相反的效应.所涉及的三种亲核试剂的反应活性从高到低的顺序为:MeOHH_2OPhOH.     

硅锗杂硫烯酮及其相关分子的量子化学计算研究

使用ab initio(HF)和密度泛函法(B3LYP,B3P86),在6-311 G(d,p)和6-311 G(3df,2p)基组水平下,对硅杂锗杂硫烯酮及其相关分子进行了优化构型的量子化学计算.计算结果表明,全部标题物Ⅰ到Ⅵ为反式弯曲几何构型.NBO分析表明,在各标题物中,末端Si、Ge原子上有孤对电子,标题物Ⅰ和Ⅳ中有Si←=O键,标题物Ⅱ中居中的Si原子上有p成份为主的空轨道,标题物Ⅲ中有Ge←=O键,标题物Ⅴ中有Ge←=S键,标题物Ⅵ中有Si←=S键.     

基于｛XW_（12）O_（40）｝~（4-）（X=Si/Ge）阴离子的二维Cu（Ⅱ）配合物的合成及晶体结构

利用水热合成技术,成功合成了2种基于Keggin阴离子{XW12O40}4-（X=Si/Ge）的Cu（Ⅱ）配合物：H2[{Cu（4,4′-bipy）3/2（OH）（H2O）}2{XW12O40}].4H2O（X=Si,1;X=Ge,2）,通过单晶X-射线衍射分析、红外光谱、热重-差热分析及电化学手段对配合物进行了结构表征和基本的性质研究.单晶X-射线衍射分析表明,它们互为异质同构体,晶体结构可描述为Cu（Ⅱ）离子通过OH-基团和4,4′-bipy分子连接形成了一维Z形链,链与链之间进一步通过Keggin阴离子的两个端氧原子与Cu（Ⅱ）离子桥联,形成二维层状结构;沿b轴方向观察1和2的晶体结构,发现邻近的层与层之间距离为14.9.     

汽—液平衡在混合溶剂盐效应研究中的应用——盐在醇—水混合溶剂中的溶剂化数及溶剂盐析盐溶的判断

在298.15K测定了甲醇—水—LiCl,乙醇—水—LiCl,丙酮—水—LiCl,丙酮—水—K_2CO_3四个体系在盐的物质之量分数保持在0.005左右时,不同溶剂组成的饱和蒸气压。数据首先用Barker法进行了关联,然后以盐在醇—水体系中非优先溶剂化的观点处理下,计算了各体系盐的溶剂化数。最后计算出溶剂组分自含盐体系转移到对应的不含盐的二元系过程中的自由能变化ΔGti,以此来作该溶剂盐析盐溶的判断。     

两种黏土矿物催化木质素腐殖化过程机理

利用扫描电子显微镜（SEM）、 Fourier变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）研究高岭石和蒙脱石参与木质素接种混合菌株悬液液体摇瓶培养110 d的结构特征变化. 结果表明： 高岭石参与木质素微生物转化后, 结构水失衡, 边缘断键使其表面集聚负电荷, 表面水化层多点形成氢键, 增加了缔合—OH的伸缩振动, Al—OH的边缘及基底八面体O均发生脱羟作用, 使四面体片和八面体片变形并产生大量断键, 导致Si—O,Si—O—Al及Si—O—Si[KG*8]振动频率弱化, 晶体结构向长程无序转变, 但未发生物相改变; 蒙脱石为膨胀性矿物, 内部亲水, 经液体摇瓶培养后, 结晶水收缩使层间结构被破坏, 增加了表面粗糙程度, 参与木质素微生物转化后, 微生物释放的胞外聚合物与蒙脱石表面官能团形成氢键, 使羟基总量及层间和晶格中的结晶水降低, 并提高了Si—O,Mg—Al—OH和Fe—O—Si键（或Mg—O—Si键）的振动频率, 低波处的特征衍射峰消失.     

FOCl与（H2O）n（n=1～4）分子间相互作用的理论研究

采用wB97XD／6—311＋＋G（3df,2p）方法,对FOCl与H2O形成的复合物FOCI·（H2O）n（n=1～4）的分子结构和结合能进行了研究．结果表明,FOCl与H2O形成的复合物中既存在氢键,也存在氢键,结合能随着H2O分子数目n的增大而逐渐增加．自然键轨道（NBO）分析表明,结合能主要由强的O—H…O氢键和强的O-Cl…O卤键所贡献．由自然键轨道分析揭示了FOCl与（H2O）（n=1～4）相互作用的本质.     

CH_xO(x=1,2)与NH_y(y=0,1,2)自由基反应机理的理论计算

采用MP2方法,在6-311G**和6-311++G**基组水平上优化CH2O、CHO分别与N、NH、NH2发生吸氢反应时的过渡态结构,通过振动分析,对过渡态结构进行确认;在此基础上,应用IRC理论分析了最小能量途径(MEP)上相互作用分子间化学键的变化;采用QCISD方法在6-311++G**基组水平下对各反应驻点进行单点能量校正,计算了反应活化位垒.研究表明所有反应均以协同方式进行,从反应物CH2O与N、NH、NH2到最终产物CO、NH3,反应均放热,产物渐趋稳定;6个反应中,链式反应(1)、(5)是最容易的反应途径.通过反应途径的量子拓扑分析,发现CH2O与N、NH、NH2反应化学键的断开与形成基本上都处于过渡态(S=0)附近,CHO与N、NH、NH2反应时,键的形成和断开在过渡态之后.     

含有大的吸电子取代基的主族元素新化合物的合成

通过四氯化物ECl4(E是Si,Ge,Sn或As)和三氯化砷AsCl3分别与ArLi,Ar' Li或Ar"Li反应首先合成了10种新的主族元素化合物R1-2ECl1-2,其中R是2,4,6- (CF3) 3C6H2 (Ar),2,6- (CF3)2C6H3 (Ar')或2,4- (CF3) 3C6h3 (Ar");Ar...     

乙醇自由基代谢机理的理论研究*1

目的：从原子尺度对乙醇与自由基的反应进行探索，提高对乙醇自由基代谢机理的微观认识。方法在 CCSD（T）／6-311G（2d，2p）／／B3LYP／6-31G（d，p）计算水平下，采用量子化学方法详细研究了 C2 H5 OH 与·OH、H2 O2和·O2 H 的反应。结果（1）乙醇与·OH 和·O2 H 自由基的反应都存在3类反应（氢抽提、C—C 键断裂和 SN 2取代）。（2）在乙醇与 H2 O2的反应中，以 H 2 O2形成的水合氧自由基（·OOH2）直接插入乙醇的 C—H 键生成乙二醇为主，此外 H2 O2也可均裂为2个·OH 和异裂为· H＋·O2 H 自由基。结论乙醇与自由基（·OH、·O2 H）和 H2 O2反应中，分别以α氢抽提过程和· OOH2插入乙醇的α-C—H 键生成乙二醇为主要反应。