Gogny力三维TDHFB理论与240Pu裂变动力学

基于Gogny核子-核子有效相互作用,发展了适用于描写原子核裂变过程、不包含任何对称性限制以及三维时间相关的Hartree-Fock-Bogoliubov理论计算程序(Gogny-TDHFB Code for Fission).程序包含静态裂变势能面计算的多维度集体自由度约束HFB和裂变动力学计算的TDHFB两部分.在(x,y)方向采用形变谐振子基.在z方向上,为了描述裂变直至断点和断后的极端形变,采用Lagrange mesh方法.利用本程序,对~(240)Pu的裂变势能路径和断点动力学过程进行了计算.结果表明,~(240)Pu存在对称和非对称两条裂变路径;三轴形变可以显著降低第一(内)裂变位垒;对能在断裂过程中起着重要作用.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory,DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density...     

二维电化学合成氨催化剂的理论研究进展

常温常压下的合成氨反应对维持人类社会的可持续发展具有重要意义.在过去的几十年里,高效氮还原电催化剂的设计和开发一直是被广泛研究的课题.常见的贵金属催化剂存在着价格昂贵、选择性差和活性中心不明等问题,从而限制了电化学合成氨的实际应用.以石墨烯为代表的二维平面材料因为具有独特的物理、化学和电子特性,成为替代贵金属氮还原催化剂最有前途的候选者.本文回顾了近年来二维材料在电催化氮还原领域的一些应用,重点介绍了电催化剂理论设计方法的发展.最后,提出了二维材料作为高效氮还原电催化剂所面临的机遇和挑战.     

混噪驱动微生物生长随机动力学模型

提出了混噪驱动微生物生长随机动力学模型,并进一步开发了改进的Box-Mueller算法用于对该动力学模型进行模拟计算.分别考虑(1)在噪声相关时间不变时,噪声强度扩大2,5,10,20倍对模型的驱动影响作用;(2)在噪声强度不变时,噪声相关时间缩小10,100,1000倍对微生模型曲线浓度值的影响作用.噪声对该模型产生了明显影响,噪声强度与噪声的影响效果呈正相关,模型峰值及峰值所出现的时间随噪声强度的变化而变化;当相关时间大于2.8×10-6 s时,白色噪声的影响作用很小可以直接忽略,而当其小于2.8×10-6 s时,彩色噪声的影响作用可以忽略不计.噪声可以显著影响微生物细胞的生长速率,故可以通过改变噪声强度和相关时间来影响噪声的波动,从而更好地优化微生物降解动力学模型.     

原子核相对论密度泛函理论

随着世界范围内稀有同位素束流装置的发展,人们对原子核的认识从稳定核拓展至不稳定核.在不稳定原子核中涌现出许多新奇的物理现象,而研究这些现象是核物理领域的重要课题.过去几十年中,原子核相对论密度泛函理论取得了长足的发展,在描述和解释原子核各种性质方面取得了很大成功.本文介绍原子核物理中相对论密度泛函理论的基本概念,简要回顾相对论密度泛函的发展历史,阐述相对论密度泛函理论在描述原子核性质方面的优势和特点,主要讨论相对论密度泛函理论在原子核质量、手征进动以及裂变动力学方面的最新应用.最后,文章简要综述原子核相对论第一性原理计算的最新成果,这些成果为进一步构建微观普适的第一性原理相对论密度泛函奠定了基础.     

二溴卡宾与乙醛C-H键插入反应的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上研究了卡宾CH₂及二溴卡宾CBr₂与乙醛CH₃CHO中C—H键的插入反应机理, 用频率分析和内禀反应坐标法(IRC)对过渡态进行了验证, 计算了各物种的CCSD(T)/6-31G(d)及 CCSD(T)/6-31G(d,p)单点能量. 结果表明, CH₂与CH₃CHO插入反应主产物为丙醛(^HP1), 而CBr₂与CH₃CHO插入反应的两条主反应通道都在单重态势能面中, 单重态CBr₂既可以发生与C_α—H键的插入反应Ⅰ(1), 也可以发生与C_β—H键插入的反应Ⅱ(1). 用经Wigner校正的Eyring过渡态理论分别计算了反应Ⅰ(1)及Ⅱ(1)在100~2200 K温度范围内的热力学与动力学性质. 在101325 Pa下, 反应Ⅰ(1)及Ⅱ(1)进行的适宜温度范围分别为250~1750及250~1600 K. 在250~1000 K的温度范围内, 反应Ⅰ(1)与其竞争反应Ⅱ(1)的反应速率及平衡转化率差别很大, 具有很好的选择性, 更有利于二溴卡宾插入乙醛C_α—H键生成产物P1的反应Ⅰ(1)的发生, 而在1000~1600 K范围内, 反应没有明显的选择优势.     

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的研究进展

2009年CH3NH3PbI3太阳能电池问世,因其具备制备工艺相对简单、光电转换率高等优点,引起了国内外研究者极大的关注.近几年,有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池发展迅速,光伏性能不断得到提高.然而CH3NH3PbI3电池器件受钙钛矿材料本身禁带宽度的限制,对太阳光的吸收光谱不够宽,并且其重要组成部分的Pb元素,具有一定毒性.因此制备带隙更窄、环境友好及化学稳定性好的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池具有重要的应用价值.本文评述了以寻找Pb的替代元素、提高入射光吸收效率、改善太阳能电池光伏性能为目标所进行的钙钛矿材料禁带宽度调控方面的研究成果,比较了有机、无机空穴传输材料和无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池的光伏性能,讨论了界面结构在电子和空穴输运过程中的重要性.介绍了目前在CH3NH3Pb I3及类似有机金属卤化物钙钛矿材料的原子结构、能带结构和禁带宽度等理论研究方面的进展,讨论了常见计算方法的优缺点和需要注意的问题,为开展有机金属卤化物钙钛矿的理论研究提供了思路.最后提出该领域目前存在的问题以及对未来的展望.     

P450酶活性中心催化1,2-二溴-3-氯丙烷的机理及动力学同位素效应

发展有毒物质被细胞色素P450酶催化转化途径和机理的计算毒理预测方法,对于污染物的风险评价具有重要意义.本研究通过密度泛函理论计算,揭示了细胞色素P450酶活性中心(CpdI)催化氧化1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)的反应机理,并考察了动力学同位素效应的影响.结果显示,DBCP羟基化反应与烷烃羟基化反应机理存在明显差异.不同于一般的双态反应,DBCP羟基化反应是自旋选择性反应.此外,DBCP羟基化第二步反弹过程中的能垒明显的高于烷烃羟基化过程.自旋密度分析表明,DBCP羟基化反应的氢提取步骤是一个氢原子转移过程.DBCP羟基化反应具有明显的动力学同位素效应(KIE),且温度和隧道效应对KIE值具有明显的影响.本研究可为卤代烷烃类化合物的生物转化预测提供理论依据.     

基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建高精度原子核质量表

质量是原子核最基本的物理量之一,是理解核子间相互作用、揭示壳结构演化和确定滴线位置的关键,是研究核反应和核衰变的基本信息,同时也是探索元素起源等问题必需的核物理输入量,对粒子物理与核物理、天体物理和宇宙学等学科至关重要.尽管短寿命原子核质量的测量工作已经取得很大进展,但是在可预见的将来,大部分远离稳定谷的奇特原子核质量仍依赖理论模型预言和计算.本文介绍了原子核质量模型的重要发展历程、相对论密度泛函理论描述原子核现象的成功、基于相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建的目前唯一考虑连续谱效应的原子核质量表,以及拟基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论建立高精度原子核质量表的最新进展和展望.     

硼掺杂带帽碳纳米管分子结电子输运性质

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论, 研究了不同位置硼掺杂一维带帽碳纳米管分子结的电子输运特性. 结果显示, 电子输运性质强烈依赖于硼的掺杂位置. 当硼掺杂在针尖区域时, 可以观测到明显的负微分电阻行为.     

评《理论化学原理与应用》

由帅志刚、邵久书主编, 国内十几位学者撰写的专著《理论化学原理与应用》, 比较全面地总结了近30年来我国理论与计算化学的进展和成就. 全书不仅简要概述了理论化学的历史、现状以及发展趋势, 还分三个篇章进行专门课题的详细论述. 所有作者都是活跃在国内理论化学教学、研究第一线的专家, 他们撰写的内容既概括了前人的重要贡献, 也评述了自己的研究成果, 并指出今后有待解决的问题, 充分展现了我国新一代理论化学家的学术风貌. 他们志存高远, 正大步迈入现代理论化学的前沿、主流领域. 综观本书, 无论对刚步入研究生阶段学习的学生, 还是已经独立从事科研工作的学者和大学教师, 都是十分有价值的参考资料.     

带帽碳纳米管分子开关

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论, 研究了一维带帽碳纳米管分子开关器件的电子输运特性. 结果显示, 仅需要改变两管间距0.2 nm, 器件的透射谱就变化约两个数量级. 并且, 两管的构象对器件电子输运性质的影响非常小, 从而提高了器件作为分子开关应用的稳定性.     

H原子与NH自由基反应的微观动力学研究

利用三原子模型的准经典轨线方法研究了ＮＨ与Ｈ反应的动力学过程。计算中选用由ａｂ ｉｎｉｔｉｏ计算结果拟合而得的ＬＥＰＳ势能面,在反应的最低能途径上存在一个早期势垒。计算结果表明,反应产物Ｈ２分子以向后散射为主。根据对反应轨线的分析,证明该反应为直接反应。反应产物处于振动激发态,而转动却较冷。根据反应的势能面特征和反应轨线,可以对反应机理进行很好地解释。     

A～60和A～80质量区原子核磁转动研究进展

近年来,人们在很多原子核中发现了具有强M1跃迁、较弱E2跃迁的磁转动结构,这已经成为原子核高自旋态的研究热点.通过在束γ谱学实验,北京大学实验核物理研究组在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器和南非iThemba国家实验室回旋加速器上先后开展了对A～80和A～60质量区原子核磁转动结构的研究.在⁷⁵As、⁷⁹Se和⁶²Cu核中发现了高激发磁偶极带结构,利用基于协变密度泛函理论的倾斜轴推转模型分析了它们的结构特点.研究表明,⁷⁵As和⁷⁹Se核中磁偶极带的角动量形成机制不同于传统的磁转动剪刀机制,随着转动频率的增加,它们只有中子角动量J_ν向总角动量方向出现了较大角度的闭合,而质子角动量J_π基本上保持不动,总角动量的倾斜角出现了一个较大的变化(向x轴方向闭合).这种只有一个剪刀片闭合的角动量形成机制被形象地称为订书机机制.     

电极距离和取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻的影响

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,研究了电极距离和相对取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻行为的影响.结果显示,负微分电阻行为强烈依赖于电极距离和相对取向.当电极距离为0.35nm且体系的对称性最高时,可以产生最好的负微分电阻行为.     

二噁英、有机磷和直链脂肪醇的毒性与分子体积的关系

用B3LYP/6-311G^**方法计算了二噁英、有机磷、直链脂肪醇的分子体积, 与它们的毒性参数比较发现: 在每一系列中都存在“临界毒性体积”, 即随着体积增大毒性首先增强, 当分子体积超过“临界毒性体积”后, 毒性随体积增加而减小. 三类化合物具有相接近的“临界毒性体积”, 约为309~320 ų, 建议对线性溶解能关系方程进行修正. 根据醇类毒性与分子体积的关系, 预测了部分氟代直链脂肪醇麻醉能力的变化趋势和数值.     

基于电子结构理论筛选二维材料用于高性能能量存储及转化器件

在能源危机与环境污染问题日益严峻的背景下,探索新型的高性能能量存储和转化材料成为当今材料科学界研究的热点.近年来,有关新型能量存储和转化材料的预测、合成和性能研究取得了突飞猛进的进展;但同时如何提高能量的转化效率以及材料的循环性能和安全性能是制约其实际应用的瓶颈.另一方面,基于密度泛函方法的理论计算在揭示微观反应机理和筛选高性能的能量存储和转化材料方面发挥了重要的作用.通过理论计算能够从原子尺度上建立材料的本征属性与能量存储和转化性能之间的关系,为筛选高性能能量存储和转化材料提供重要的理论依据.本文首先从锂离子电池、燃料电池等能源器件所涉及的电化学反应出发,回顾二维材料在这些电化学反应中的应用,进一步探讨二维材料的电子结构与其化学反应性能之间的关系,并总结目前提出的用于化学反应性能的描述符并阐述其具体的应用领域,最后指出目前理论计算在研究能量存储及转化材料上存在的不足和未来的发展方向.     

多氮/硼掺杂带帽碳纳米管分子结电子输运性质

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,我们研究了多氮/硼掺杂带帽碳纳米管分子结的电子输运特性.结果显示,电子输运性质强烈依赖于氮/硼的掺杂数目和掺杂位置.单氮/硼掺杂时出现最好的整流行为.随着掺杂数目的增多,整流性能显著降低.此外,一些掺杂情形在非常低的偏压下出现明显的负微分电阻行为.