电子转移溶剂重组能的单球模型及其应用

基于非平衡溶剂化理论方面的推导, 更正了传统Marcus 理论在建立溶剂重组能计算模型方面存在的错误, 给出了电子转移溶剂重组能计算的单球模型的理论推导和正确表达式. 对7,7,8,8-四氰代二甲基苯醌与其负离子间的电子转移体系, 采用密度泛函方法计算了内重组能, 用新的单球模型估算了溶剂重组能, 解释了这一分子体系过去采用传统的理论模型不能解释的实验结果.     

分子内电子转移溶剂重组能计算的一种新方法

根据电磁理论和球孔穴近似，通过解在边界条件限制下的电势方程，得到非平衡和平衡溶剂化条件下体系的Gibbs自由能。在处理非平衡溶剂化问题时，考虑到溶剂分子取向极化对电子转移的慢响应，将平衡溶剂化取向极化产生的面电荷作为非平衡条件下的固定电荷处理，从而得到溶剂重组能的解析表达式。将这种新方法运用到一些电子转移体系，NO^ /NO,NO2^ /NO2,NO2^ /NO,获得了这些络合物中电子转移的溶剂重组能。     

丙烯醛光谱溶剂效应的显溶剂模型和分子动力学模拟

引入永久偶极弹簧能的概念和对溶剂分子构象进行精确考虑, 采用离散永久电荷和诱导偶极表示溶剂分子电荷分布, 推导得到显溶剂模型的平衡态和非平衡态静电溶剂化能的表达式. 将溶剂环境作为点电荷分布的外场代入溶质自洽场计算, 以考虑溶剂化过程中溶质电子波函数变化引起的溶质自身能量的改变. 推导得到了计算光谱移动的表达式, 并应用到溶液中的光吸收和发射过程. 根据新理论, 对ASEP/MD程序进行修改, 并应用于计算水分子平衡溶剂化能和丙烯醛的光谱移动.     

乙烯基亚胺与甲醛环加成反应的催化及溶剂化效应的理论研究

乙烯基亚胺与甲醛的环加成反应可以形成α-亚胺基氧杂环丁烷: 此反应的产物是制备γ氨基醇,β-内酰胺及β取代的丙酰胺等有用化合物的中间体。本工作首次从理论上用从头计算分子轨道方法研究了以上反应的机理及极性溶剂对机理的影响。Barbaro等人发现反应经常需要Lewis酸做催化剂,所以我们也研究了以BH_3作催化剂时的反应机理,即以下反应:     

C60(C4H10N+)I- 在二元混合溶剂中的溶剂化显色效应和聚集行为

水溶性N, N-二甲基[60]富勒烯吡咯碘盐C60(C4H10N+)I-溶于四氢呋喃和水的两组分混合溶剂中时有明显的溶剂化显色效应. 相应的紫外-可见吸收谱随四氢呋喃和水混合溶剂组成的改变也有显著的变化. 发现浓度和温度对单体状态的C60(C4H10N+)I-的稳定性有很强的影响, 而对聚集状态的C60(C4H10N+)I-的稳定性影响很小. TEM和AFM测定证实了有聚集态存在.     

异类分子间电子转移过程内重组能的研究

电子转移反应与许多化学及生物体系的重要过程有关,是近年来非常活跃的研究领域.按照Marcus理论,电子转移速率可以由Fermi的Golden规则表示如下:式中V是电子耦合矩阵元,△G~0是电子转移反应的标准自由能,λ是反应的总重组能.λ=λ_v λ_s,内部重组能λ_v、来源于反应体系内部的振动及弛豫的贡献,溶剂重组能λ_s来源于溶剂分子在电子转移前后的极化和重新取向.电子耦合矩阵元V可通过量子化学计算得到;内重组能和溶剂重组能通常由电子转移速率k,驱动力-△G~0的测定值拟合得到,但得到的并非唯一解,还需参考其他结果来加以判断.Gould等人研究了D为简单的芳烃化合物,A为9,10二氰基蒽(DCA)时D~ A→D A的复合电子转移过程,表明用相同的实验数据拟合可得到不同的λ_v值.Clos等人在研究分子内电子转移速率时也曾指出,对不同分子体系采用相同的内重组能是值得怀疑的,但由于缺乏直接测定λ_v的有效手段,他们在若干不同体系中仍采用相同的λ_v值.由此可见,用量子化学方法研究重组能具有重要的意义.     

水合锰(Ⅱ)结构的量子化学和ABEEM/MM研究

应用新一代可极化分子力场——原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场ABEEM/MM,结合精密量子化学方法, 构建了精确的Mn²⁺-H₂O 相互作用的势能函数, 确定了相关参数.将该势能函数用于计算[Mn(H₂O)_n]²⁺(n=1~12)的结构和结合能, 得到了与量子化学一致的结果. 进一步对Mn²⁺水溶液进行ABEEM/MM 动力学模拟, 得到的Mn²⁺–O 径向分布函数的第一和第二最高峰分别处于0.218 和0.435 nm 处, 积分得到第一和第二水合层的配位水分子数分别为7.03 和17.74; 对于O–Mn²⁺–O 角度分布函数, 其第一和第二最高峰分别位于80°和140°附近, 这些结果与实验和其他理论方法的结果有很好的一致性. Mn²⁺的极化作用使得第一水合层中水分子的键长明显增长, 键角明显减小; 而Mn²⁺对第二水合层及外层水分子的结构影响较小. 分析体系的电荷分布表明, 与ABEEM-7P 纯水相比, Mn²⁺水溶液中参与形成氢键的氢原子和孤对电子的电荷变化较大, 且Mn²⁺和其邻近的水分子间存在明显的电荷转移.     

湿气发电机的研究进展、应用和展望

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.     

积云参数化方案的发展和改进及其在季节气候预测模式中的应用

在研究英国气象局的Gregory积云参数化方案特征的基础上, 根据我国区域降水的特点, 发展和改进了Gregory积云参数化方案. 首先, 在总体云群模式中, 直接考虑了低层大尺度辐合对积云对流的影响, 即在云模式中, 加入了有组织的卷入和卷出; 其次, 调整了积云对流初始的质量通并考虑了过冷水存在对饱和水汽压的影响; 最后, 调整了向下拖曳气流的强度. 在改进Gregory积云参数化方案后, 对我国近年来典型年份的夏季降水进行了预报实验, 结果表明: 发展和改进后的Gregory方案能较好地模拟出我国的降水形势, 取得了较好的预报效果.     

氧转移反应在合成金属有机化合物中的应用——Re_2(μ-L’)(CO)_6L-L(L-L=Ph_2P-CH_2-CH_2-PPh_2,L’=Cl或OCH_3),Re(Cl)(CO)_3L-L的合成、表征和结构

近期报道了研究氧原子转移反应的第一批定量结果.这种氧原子转移反应是氧供体中的一个氧原子转移到配合物的羰碳原子上形成CO_2而离开体系(反应式(1))为驱动力,使反应得以在温和条件下实现.