掺铅锂小团簇的结构、稳定性和化学键研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,对锂原子用全电子6-311++g(d,p)基组,铅原子用sddall相对论有效实势基组研究了LinPb(n=7~9)二元团簇较低能量构型的几何结构,并讨论了能量最低的基态构型的化学键和稳定性.研究表明,掺入的铅原子与锂原子之间形成的化学键为共价键,并且成键的价电子对倾向于铅原子.Li8Pb二元团簇基态构型的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUOMO)之间的能隙比LinPb(n=7,9)二元团簇基态构型的大.此外,基于对LinPb(n=7~9)二元团簇基态构型平均原子化能、垂直电离能和垂直电子亲和能的计算分析,得出Li8Pb二元团簇的基态构型最稳定.     

锂电池正极材料ε-VOPO_4的第一性原理计算

为了研究锂电池电极材料ε-VOPO_4在充放电过程中的电化学性能,利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,从锂的插层位置、形成能、能带结构、态密度及电荷布居分布等方面,对Li原子嵌入过程中,锂电池正极材料ε-VOPO_4的结构和电子性能进行研究.结果表明:Li原子在V-O八面体与P-O四面体之间的间隙能稳定存在且不会引起ε-VOPO_4结构发生明显变化. Li原子的嵌入会使结构的能带间隙从2.002 eV减小到0.895 eV,导电性增强. Li—O键的键能(-0.1e、-0.02e)接近0表明ε-Li_x(VOPO_4)_4(x=1,2)中Li原子与O原子间的相互作用很弱. Li在ε-Lix(VOPO_4)_4中的高离子性有利于Li在ε-VOPO_4化合物中可逆的嵌入和脱出.     

B_(16)N_(16)Li_n(n=1,2,3,4,6,12)团簇的电子结构及稳定性

基于密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法,研究了Li原子与B16N16团簇的结合方式和稳定性,并分析了电子结构.结果表明,2个Li原子担载到1个B原子形成2个B-N键时最稳定,Li原子的平均结合能约为1.0eV,大于Li原子之间的结合能,Li原子不会在团簇表面发生聚集.在B16N16Lin(n=1,2,3,4,6,12)体系中,Li原子向团簇转移电子,随着Li原子数目的增加,Li原子的净电荷由0.72e减少到约0.50e,Li原子的2s轨道形成的占据轨道不断升高,体系的能隙由2.64eV减小到1.59eV.     

(MH)_n(M=Li,Na;n=1～4)小分子团簇的分子形貌的理论研究

研究分子的形状和大小对于进一步探究分子的物理化学性质起着重要作用.使用MELD精密从头计算中的CISD方法,采用6-31+G(d,p)基组,结合自编的程序,计算并研究金属氢化物(MH)n(M=Li,Na;n=1~4)团簇分子中的1个电子所受到的作用势(PAEM)及特征,探讨了化学键的单电子作用势的势垒Dpb与化学键的键长,团簇分子的单电子作用势的势垒tDpb与团簇分子的结合能的关系.结果表明,Dpb可以用来表征化学键的强度,tDpb可以用来表征团簇的稳定性.此外,还描绘出金属氢化物团簇的分子形貌,探讨了它们各自的特征,为进一步探讨和认识较大的锂和钠氢化物团簇(MH)n(n≥5)结构和性质奠定基础.     

二金属簇PdM^＋（M=Cu，Ag）活化甲烷C—H键的密度泛函研究

采用密度泛函B3LYP方法计算了PdM+(M=Cu,Ag)+CH4→H2+[Pd(μ-CH2)M]+的反应机理.结果发现Pd原子很容易插入到CH4的C-H键中,产生中间体[MPd(CH3)H]+,此中间体在反应中是势能面上的稳定构型;它进一步反应,第二个C-H键被活化,产生分子-离子复合物[H2-Pd(CH2)M]+,其活化能较高(约175 kJ·mol-1),是整个反应的速率控制步骤.通过对反应物电子结构的分析,解释了对C-H键活化能垒的高低. 最后,计算结果与PtM+(M=Cu,Ag)+CH4体系进行了比较.     

X...Y(X=LiF,NH_3,H_2O;Y=HF,LiF)复合物中锂键、氢键的理论计算

在CCSD(T)/cc-p VTZ水平下,对X…Y(X=Li F、NH_3、H_2O;Y=HF、Li F)复合物的9个结构进行几何构型优化和红外振动频率计算.根据定域化分子轨道、原子自然电荷、Wiberg键级的分析表明HFLi F分子中的H—F键是共价键,而Li—F键则为离子键而非共价键.H3N…Y(Y=HF、Li F)、H_2O…Y(Y=HF、Li F)中的氢键或锂键源于静电相互作用,并非共用电子的共价键.结合能的计算表明:与HF相比,Li F与X(X=Li F、H_2O、NH_3)的结合能更高;结合能从高到低依次为Li FNH_3H_2O.红外振动频率分析表明HF与NH_3、H_2O形成红移氢键,即H—F键长增加,相应的H—F伸缩振动频率降低.H3N…Li F的Li—F键键长增加同时伸缩振动频率减少.而Li F与H_2O形成锂键后,键长增加0.001 6 nm,而Li—F的伸缩振动频率反而增加了2 cm-1,即蓝移锂键.     

（β-二亚胺基）Yb-Li双金属氯化物的合成和晶体结构

β-二胺基锂与无水YbCl3在四氢呋喃(THF)中按摩尔比为1:1反应,可以高产率生成(β-二亚胺基)Yb-Li双核金属配合物LYbCl(μ-Cl)2Li(THF)2[L为{(C6H3-2,6-(CH3)2)NC(CH3)}2CH](1).配合物(1)经过元素分析、ED-TA络合滴定、红外光谱分析等方法表征,并测定了其晶体结构,属于单斜晶系,C2/c空间群,a=3.3179(3)nm,b=1.39234(9)nm,c=2071 9(2) nm,V=7.750(1)nm3,Z=8,Dc=1.449mg/m3,R=0.045 8,wR=0.0806.配合物(1)具有双金属结构,β-二亚胺基镱部分通过2个氯桥与Li 相连,Li 再与2个THF分子配位.Yb原子与β-二亚胺基上的2个N原子,3个Cl原子和1个THF上的O原子配位,形成一个八配位的扭曲的八面体结构.     

团簇Mo3S4的成键及电子性质

为研究团簇Mo3S4的成键作用及电子性质,以密度泛函理论为基础,在B3LYP水平上进行优化计算,得到8种稳定构型,其中单、三重态各4种.对键长、键级、电荷量以及电子自旋密度分布分析表明,各构型中成键强度由大到小为:金属-非金属键(Mo-S)>金属-金属键(Mo-Mo)>非金属-非金属键(S-S);其中Mo-S键作为稳定性的主要贡献者,具有较强的成键作用.团簇呈电中性,且电子均由Mo原子流向S原子,电子流动性的大小为:3(1)<4(3)<2(3)<2(1)<1(3)<1(1)<4(1)<3(3).构型1(3)的电子自旋密度图的对称性与重叠程度均优于其他三重态构型,由此说明构型1(3)的稳定性最好.     

N_2H_4分子取代基效应的量子化学研究

计算了甲基(—CH_3)和羟基(—OH)对N_2H_4的取代基效应.引入甲基后,N_2H_4的N—N键长变长,电荷密度变小.羟基的引入,使得N—N键长变短,其中1,1,2,2-四羟基N_2H_4的N—N键长显著变化.通过NBO计算,N—N键的键级随着取代基个数的增加逐渐减小,超共轭作用在决定构型相对稳定性方面起了重要作用.引入取代基后,N原子的孤对电子与N—C(N—O)键之间发生相互作用,使得整个分子的超共轭作用增强.随着取代基数目的增多,分子的总能量和生成热均降低,取代基数目与分子相对稳定性之间具有较好的相关性.     

乙酸在方解石表面吸附的密度泛函研究

为了探究乙酸在方解石表面的吸附机理,利用密度泛函方法研究乙酸的反应活性特征及其在CaCO_3(104)表面吸附过程中的电子转移以及化学键形成特征。研究结果表明:乙酸前线轨道主要分布于乙酸中重原子之上,其中O_((1))原子为反应活性中心;乙酸在CaCO_3(104)表面的最稳定吸附位处于穴位和短桥位之间即2个Ca原子之间;乙酸以解离态吸附,其中乙酸根趋向于以双齿桥键合模式吸附于CaCO_3(104)表面,H_((4))原子与CaCO_3(104)表面O_((3))原子形成羟基;乙酸与CaCO_3(104)表面之间存在电子的转移和化学键的形成,其中Ca_((1))—O_((1))和Ca_((2))—O_((2))形成离子键,H_((4))—O_((3))形成共价键,H_((4))—O_((2))形成氢键。     

线性金属配合物Cr3(dpa)4Cl2及其氧化态的Cr—Cr键的理论研究

用密度泛函理论对具有分子导线潜在应用前景的线性金属配合物Cr3(dpa)4Cl2的对称构型1,非对称构型2及其氧化态[Cr3(dpa)4Cl2]+3进行理论计算,并结合自然键轨道理论对配合物1～3的CrCr键进行分析.结果表明:(1)中性构型1和2中只形成Cr36+的dz2轨道组成的三中心三电子键,电子由两端向中间的Cr离域,电子由中间向两端的Cr离域,电子的离域更显著.由于离域和dpa-配体的螺旋盘绕作用,Cr36+的轨道中dxz和dyz轨道成份较小且绕金属轴(Z轴)发生不同程度的旋转,难以重叠形成键.(2)氧化态3中,因配体的螺旋作用,Cr的dxy轨道绕Z轴发生不同程度旋转而无法有效重叠形成键,故CrCr短键只存在1个键和2个键的三重键.(3)中性分子的HOMO轨道为非键轨道,电子云集中在两端Cr上,两端的Cr(2的长键端的Cr)是失电子形成氧化态3的中心.     

团簇CrPS4催化析氢密度泛函研究

为了探究团簇CrPS₄的催化析氢能力,依据拓扑学原理,利用密度泛函理论,采用B3LYP泛函和def2-tzvp基组,运用Gaussian09量子化学软件对团簇CrPS₄的基础构型分别在二重态和四重态下进行优化运行,获得16种稳定构型,其中10种构型在吸附氢原子后能够稳定存在。从前线轨道理论、HOMO-LUMO轨道能级差以及键级方面对团簇CrPS₄的10种构型的吸附与解吸能力进行探究,结果表明：在团簇CrPS₄中,S原子为主要活性位点;在结合氢原子后,相对于二重态构型,四重态构型的稳定性较高,催化活性较强,更适合用于催化析氢;团簇CrPS₄的催化析氢能力因构型不同而异,在与水反应形成(CrPS₄)—H构型的过程中,构型4⁽(4))吸附氢原子的能力最强,而在解吸过程中,构型7⁽(2))更占优势;构型8⁽(4))的综合析氢能力在10种构型中最强,其次为构型5⁽(4))和6     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

Ln（TDBM）4[C5H11N]H配合物的合成与性质研究

本文合成了单硫代－二苯甲酰甲烷（ＨＴＤＢＭ）和三价稀土离子及路易斯碱（Ｑ）的Ｌｎ（ＴＤＢＭ）４ＱＨ型配合物（Ｌｎ为除Ｃｅ外的Ｌａ－Ｌｕ；Ｑ＝六氢吡啶ＣＨ２（ＣＨ２）４ＮＨ）．测定了它们的组成、摩尔电导、红外光谱、紫外可见光谱及热重分析，讨论了它们的一些性质．观察到配体通过Ｓ原子和Ｏ原子与Ｌｎ３＋离子配位，且Ｌｎ—Ｏ键强于Ｌｎ—Ｓ键．配合物的热分解分三步进行，第一步失去六氢吡啶，第二步失去一个ＴＤＢＭ，第三步失去三个ＴＤＢＭ．     

N，N－二（吡咯－α－甲基）－N－甲胺锂配合物的合成和结构表征

合成了一个新的锂双核配合物[Li（Hdpma）（THF）]2（H2dpma=N,N-二（吡咯-α-甲基）-N-甲胺）并测定了晶体结构．晶系属于三斜晶系,空间群P1^-,a=1．1485（2）nm,b=1．2345（2）nm,C=1．2704（2）nm,V=1．6147（5）nm^3,Z=2,Mt=532．58,对于l〉2σ（l）的衍射点的最终R=0．0595,wR=0．1242．锂原子与一分子配体中的桥联氮原子以及该配体中的吡咯氮原子,一个四氢呋喃中的氧原子,以及另一分子配体中的吡咯氮原子配位,形成了扭曲的四面体配位环境．     

混配型茂基稀土氯化物Ln(C5H5)(C5H4CH3)Cl(Ln=Y, Gd, Er, Yb)的合成和结构研究

三氯化稀土依次与等摩尔的甲基环戊二烯基钠和环戊二烯基钠在四氢呋喃(THF)中反应，合成了4个新的混配型茂基稀土氯化物Ln(C5H5)(C5H4CH3)Cl[Ln=Y(1)，Gd(2)，Er(3)，Yb(4)]，在THF中加热回流，环戊二烯能质解化合物4的甲基环戊二烯基配体，得到同环配合物Yb(C5H5)2Cl(5)，所有这些化合物都经过了元素分析、红外和质谱表征，其中配合物2和5的结构还得到单晶X射线分析确证。     

团簇Co_2FeBP的磁性

对团簇Co2Fe BP中Co、Fe原子的平均磁矩进行研究分析,结果表明:Co、Fe原子的平均磁矩均小于其理论计算值和实验观测值,B、P原子的引入降低了Co、Fe的磁性;多重度对Co、Fe原子的平均磁矩影响较大,但对其改变量大致相同;随着各构型稳定性的降低,在单重态下,Co、Fe原子的平均磁矩出现振荡性变化,在三重态下,Co原子的平均磁矩呈振荡性,而Fe原子呈单峰状;Co原子的平均磁矩在不同多重度下均变化不大,这与文献报道相一致;构型4(3)的Co原子平均磁矩最大,构型3(3)的Fe原子平均磁矩最大。     

原子簇NiFeB2的结构及催化性能

利用DFT(密度泛函理论)方法,对原子簇NiFeB2的10余种可能构型在单重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、成键、电荷分布情况及不同构型的催化性能.结果表明:原子簇NiFeB2以B-B键较长的三角锥形1构型最稳定,是原子簇NiFeB2最有可能存在的构型,B-B在Ni-Fe异侧的平面四边形2构型次之;Ni-B,Fe-B原子间有强烈的成键作用且Fe-B间作用力比Ni-B间作用力大;各构型中电子由B转向Ni,Fe;在形成原子簇NiFeB2的过程中Fe,B原子的所有轨道均参与成键,Ni原子的4p,4s在其成键中起主要作用;除了B-B键较短的三角锥形3构型外的其它构型中Fe原子的催化活性高于Ni原子,B-B键较短的三角锥形3构型和直线型4构型可能具有较好的催化性能;在催化加氮和加氢上直线型4构型具有较好的催化活性.     

团簇CoFe2BP的结构及催化性质

利用DFT(密度泛函理论)方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,对Co Fe2BP团簇的二十几种可能构型进行全参数优化和相关频率计算,共获得二、四重态稳定构型各5种,对这些构型的立体结构及其能量、成键情况和催化活性等性质进行了分析,得出如下结论:(1)在Co Fe2BP团簇的各优化构型中,构型1(4)的稳定性最好,四重态的稳定性要大于二重态的,多重度对构型稳定性影响较大;(2)金属原子与非金属原子之间的成键对构型的稳定性起主要作用,其中金属原子与B原子更易成键,B、P原子之间存在近距离接触;(3)金属原子Fe和Co是Co Fe2BP团簇前线轨道的主要贡献者,Fe和Co原子是催化剂潜在的活性位;(4)具有近似平面型结构的构型4(2)和4(4)表现出良好的催化加氢活性。     

金属Al、Cu钝化机理电子理论研究

通过计算机编程建立水吸附Al和Cu的模型,利用实空间的Recussion方法分别计算了Al和Cu被H2O吸附前后系统的状态密度和能量变化,及表面金属原子与其近邻原子间的键级积分,并将两个计算结果进行比较.从结果中分析,金属原子的电子转移到H2O分子的O原子上.水吸附金属表面后,状态密度有所下降,次表面原子几乎不受影响,系统总能降低,系统变稳定.H2O使金属表面化学活性降低,并从键级积分计算结果中讨论了Al和Cu钝化膜的形成机理:水通过氧与金属表面原子成键后,表面金属原子与次表面原子作用增强,水中氧和氢原子相互作用改变的不同导致形成不同的钝化膜.