硼团簇链状结构及B5异构化反应的理论研究

采用密度泛函方法B3LYP和二阶微扰方法MP2,在6-311G*基组水平上找到一类硼团簇Bn(n=4~10)亚稳定的准一维链状结构,并且计算其相应的能量,根据计算推测了这种结构的生长趋势.为了考察其稳定性,以B5为例研究了一种稳定结构异构化为准一维链状结构硼团簇的气相反应过程.结果表明:该反应过程为单通道放热反应,放出热量为71.12 kJ.mol-1;反应历经1个过渡态,反应能垒为0.5442 eV.     

胺基自由基绝热电离能的理论计算研究

采用密度泛函理论B3LYP、BB1K、MPW1K、MPWB1K、MPW1B95和耦合簇理论CCSD(T)方法,分别用6-31+G(d,p)、6-311+G(d,p)、6-311++G(2d,2p)、6-311++G(2df,2p)、6-311G(3df,3pd)和6-311++G(3df,3pd)6种基组对胺基自由基的绝热电离能进行了理论计算.研究表明,零点能校正和弥散基函数引入可以明显改善电离能计算结果,MPW1B95/6-311++G(3df,3pd)给出与实验非常相近的结果.MPWB1K计算结果普遍严重偏离实验值,不适合胺基自由基电离能的计算.     

团簇Co3NiB2异构化反应的动力学与热力学研究

为确定团簇Co₃NiB₂最终能稳定存在的优化构型并探究不同异构化反应在不同温度下与平衡常数、指前因子之间的关系,基于密度泛函理论与过渡态理论在B3LYP/Lanl2dz水平下结合范特荷夫方程与阿伦尼乌斯方程,分别从化学动力学与化学热力学角度对团簇Co₃NiB₂的异构化反应进行深入讨论.研究结果表明:构型1⁽⁴⁾～4⁽⁴⁾能大量稳定存在,且连串反应7⁽⁴⁾→5⁽⁴⁾→4⁽²⁾→1⁽²⁾最容易发生; 依据范特荷夫方程积分式可知平衡常数的对数ln K与1/T呈线性关系,依据阿伦尼乌斯方程的衍生公式可知ln A与1/T同样呈线性关系; 当T=298.15 K时,ln K与反应物和生成物的能量差ΔE呈正相关关系,且同时满足线性方程ln K(T)=0.404 31ΔE+0.388 26.研究预测团簇各个优化构型所能发生异构化反应的平衡常数K的取值范围为0.946 0～9.431 9×10¹⁹.     

团簇MMoS4结构稳定及极性分析

为了探究团簇MMoS₄(M=Ni、Co、Fe)内部结构稳定性及极性,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/def2tzvp水平下运用Gaussian09软件对团簇MMoS₄稳定构型的态密度图、极化率、偶极矩进行计算分析。结果表明,团簇MMoS₄中构型1⁽(3))在外加电场作用下不易发生改变,其结构稳定性要优于其它构型;团簇MMoS₄各稳定构型除4⁽(3))外均为极性分子,并且构型1⁽(1))偶极矩最大,具有最强的分子极性;对态密度图的分析显示,团簇MMoS₄中p-d-d、p-d杂化作用较强,对团簇构型的稳定性影响较大。     

NSO-X(X=Cl,F)晶体双折射性质的第一性原理研究

为了拓宽双折射晶体的探索范围，更为便捷地探索新型的双折射晶体，本文根据阴离子基团理论，参考了硼酸盐等性能优异的双折射晶体结构，从众多晶体中选择了结构类似、含有平面π共轭电子体系的N₃PS₂O₂Cl₄晶体和CN₅S₅O₃F晶体，对其晶体结构进行分析.其中N₃PS₂O₂Cl₄晶体主体部分为N₃PS₂六元环，而S₄N₄八元环为CN₅S₅O₃F晶体提供了共轭π键.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了其能带、态密度及双折射率等性质.结果表明，两种晶体在特定波段的双折射率大于0.1,存在成为优异双折射晶体的可能，其中CN₅S₅O₃F...     

团簇MnPS3磁学性质分析

为探究团簇MnPS₃的磁学性质，设计了团簇MnPS₃的初始构型，并运用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理，最终得到6种单重态和3种三重态稳定构型.利用Multiwfn程序计算团簇MnPS₃三重态构型的成单电子数、自旋布居数、自旋磁矩、轨道态密度及电子自旋密度差等磁性相关数据.结果表明，各轨道对团簇MnPS₃磁性的贡献大小为d轨道>p轨道>s轨道>f轨道；金属Mn原子对团簇MnPS₃磁性的影响较大，非金属原子P和S对团簇MnPS₃磁性的影响较小；d轨道态密度图对称性较差，且对应峰值相差较大，故d轨道是团簇MnPS₃磁性的主要贡献者.     

B10和NaB10团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法在6-311+G（d）水平上计算并分析了B₁₀和NaB₉10)团簇的几何结构及电子性质,同时,讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、自然电荷分布和极化率.研究表明:B₁₀团簇的基态为半平面构型,NaB₁₀团簇的基态是以B₁₀半平面为配位基,并与Na原子构成的配位络合物.能级间隙和平均结合能结果表明增加一个Na原子改变了B原子之间的成键作用.另外,对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明:基态B₁₀团簇增加一个Na原子后NaB₁₀团簇的电子结构更趋于紧凑.     

COS与O(3P)反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)和G3B3方法,对COS与O(^3P)的反应进行了理论研究.在UB3LYP/6-31G^*, UB3LYP/6-311^ G^**和G3B3计算水平上, 优化了反应势能面上各驻点(反应物、产物、中间体和过渡态)的几何构型, 在UB3LYP/6-31G^*水平上通过内禀反应坐标(IRC)计算和振动分析, 对过渡态进行了确认, 并确定了反应机理. 研究结果表明, 反应主要产物为CO和SO.     

过渡金属硫代磷酸盐NiPS3催化析氢的密度泛函分析

为了对过渡金属硫代磷酸盐NiPS₃的催化析氢活性进行探究，文章以团簇NiPS₃为局域模型，基于拓扑学原理与密度泛函理论，在B3LYP/def2-tzvp水平下，利用Gaussian09对团簇NiPS₃的初始构型进行全参数优化计算，分析其催化析氢过程，找出催化析氢活性最高的构型。通过分析团簇NiPS₃与水分子的前线轨道图、前线轨道能级差与结合能，结果表明，构型4⁽(4))在吸附和脱附过程中的能级差均最小，且其在脱附过程中间产物的结合能也最小，说明构型4⁽(4))具有较强的吸附和脱附氢原子的能力，催化析氢活性最高。     

咪唑型离子液体催化Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学从头计算和密度泛函理论方法,研究了咪唑类离子液体催化Diels-Alder反应(环戊二烯和丙烯酸甲酯反应)的反应机理.在HF/6-31 G*和B3LYP/6-31 G*方法水平上,考察了反应的endo/exo(内型/外型)选择性、活化能等.研究结果表明,离子液体主要借助阳离子参与来催化该反应.阳离子的参与能够大大的降低反应过渡态的能垒,增大反应的endo选择性.     

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     

团簇NiPS3光谱性质的密度泛函分析

运用密度泛函理论,在B3LYP/def2-tzvp水平下,对团簇NiPS₃的初始构型进行优化计算,获得9种优化构型。从红外光谱、偶极矩、拉曼光谱和极化率这4个方面对团簇NiPS₃的光谱学性质进行分析,结果表明：团簇NiPS₃的所有优化构型均为C1对称,二重平面非对称构型1^（2）最为稳定;二重立体戴帽三角锥构型5^（2）和四重立体戴帽三角锥构型3^（4）的红外活性和拉曼活性均相近;二重立体三角双锥构型2^（2）、四重立体三角双锥构型1^（4）的红外特征振动最高峰以及二重平面非对称构型4^（2）、四重立体戴帽三角锥构型3^（4）的拉曼特征振动最高峰均发生了红移现象;团簇NiPS₃的红外活性受其几何形态的影响,拉曼活性受其极化率张量大小的影响。     

团簇NiPS3的成键及稳定性分析

为了对团簇NiPS₃的成键情况和稳定性进行研究,以密度泛函理论为理论基础,在B3LYP/def2-tzvp水平下,对团簇NiPS₃的初始构型进行优化计算,最终得到二、四重态下共10种优化构型.通过对各原子间平均键级、平均键长和成键键级贡献率三方面对团簇NiPS₃的成键情况进行分析,发现P—S键的平均键级较大,平均键长较短,说明在团簇NiPS₃中P—S键的成键能力最强,成键强度最大;各原子之间成键键级贡献率的大小顺序为P—S键>Ni—S键>S—S键>Ni—P键.通过对各构型能量参数和HOMO-LUMO能隙差两方面对团簇NiPS₃的稳定性进行分析,发现构型1^（2）的校正能(E_ZEP)最低,吉布斯自由能变（ΔG）最小,结合能(E_BE)最大,相较其他构型更加容易形成,且其HOMO-LUMO能隙差最大,故在构型1^（2）中电子跃迁较难发生,即构型1^（2）的热力学稳...     

团簇Co3NiB2极化率、偶极矩及态密度研究

为探究团簇Co₃NiB₂内部结构的相关状况及极性强弱,基于拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/lanl2dz水平下,对团簇12种优化构型的极化率、偶极矩及态密度进行深入研究,最终得出以下结论:通过对团簇形变程度的排序分析可得,极化率张量对团簇的几何结构具有很强的依赖性;分析团簇对外场响应程度的排序可以发现,极化率各向异性不变量对团簇的几何结构具有较强的依赖性,但依赖性不及极化率张量;从偶极矩角度分析发现,团簇所有优化构型均为极性分子,其中构型4^（4）的分子极性最强,构型4^（2）的分子极性最弱;对态密度进行分析发现,团簇的成键主要存在p-p、d-d-p、d-p-p-p、s-s-p-p-p和d-d-p-p-p 5种杂化方式,其中,p-p、d-d-p杂化作用较强,d-p-p-p、s-s-p-p-p、d-d-p-p-p杂化作用较弱。此外,团簇所有优化构型的A、B、D、E峰处的杂化情况完全一致,仅有C峰的杂化情况因构型重态的不同而存在差异,说明C峰处的杂化情况会在一定程度上受团簇多重度的影响。     

团簇NiMo3P的稳定性及成键分析

在B3LYP/Lanl2dz水平下,运用密度泛函理论(DFT)对团簇NiMo3P进行优化计算,得到四重态4种、二重态5种,共9种稳定构型.其中三角双锥型为团簇NiMo3P的优势构型.对团簇NiMo3P的稳定性与键长、键级进行研究,结果表明:构型1(4)的热力学稳定性最好,自发形成的趋势最大;团簇NiMo3P各原子间成键...     

P_4团簇电子结构和振动光谱的理论研究

采用自洽场的HF方法、密度泛函BLYP方法,以及杂化的密度泛函B3LYP方法,利用6-311+G(d)基组对P4团簇的6种异构体进行了几何优化,并以此为基础计算了异构体的振动光谱。然后对上述异构体的几何构型、稳定性,以及振动频率进行了讨论。     

团簇FePS3的成键及稳定性分析

为了分析研究团簇FePS₃的成键情况及稳定性,在B3LYP/def2-tzvp水平下,运用密度泛函理论对团簇FePS₃进行全参数优化计算,得到二、四重态下共12种稳定构型。平面五边形构型1(4)的校正能、结合能和吉布斯自由能变均最小,热力学稳定性最优。从各原子间化学键的平均键级、平均键长和成键键级贡献率分析发现,团簇FePS₃各原子间成键键级贡献率的顺序为：P-S键>Fe-S键>S-S键>Fe-P键。其中P-S键的平均键级较大,平均键长较短,成键强度最大,对团簇FePS₃总成键键级贡献率也最大。研究结果可为非晶态合金Fe-P-S三元体系的磁性、电子性质及催化性质的研究提供理论依据。     

MgB7团簇结构和电子性质的计算研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-311+G*和B3PW91/6-311+G*方法,应用Gauussian 03程序,对中性和带电的MgB7杂硼原子团簇的几何结构、稳定性和电子结构进行了理论研究.结果发现,镁原子(Mg)的掺杂,并没有改变B7团簇的锥形结构,B7单元的结构对称性并没有因此而降低,说明了B7单元作为配体和镁形成了MgB7类似络合物.在B3LYP/6-311+G*水平下,计算了MgB7团簇的结合能、最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)的能量差(Gap),并用自然键轨道(NBO)分析方法对电子结构进行了较为详细的讨论.     

团簇NiMo3P极化率与催化性质的研究

为了探究团簇NiMo₃P各优化构型的形变情况，并寻找催化性能最优异的团簇NiMo₃P构型，根据拓扑学原理，在B3LYP泛函条件下，采用Lan12dz基组运用密度泛函理论对团簇NiMo₃P进行优化计算，得到4种四重态、5种二重态共9种稳定构型。对团簇NiMo₃P的变形性能进行分析发现：团簇极化率对于几何结构具有很强的依赖性，构型1^（2）的结构最为紧凑，不易发生形变。对前线轨道进行分析发现：金属原子与非金属原子相比具有更好的催化活性；在Ni、Mo、P 3种原子中，Mo原子最有可能是团簇潜在的催化活性位点；在催化反应中，团簇NiMo₃P具有强的电子接受能力，但其提供电子的能力亦不可忽略；构型2^（2）的能隙差值最小，亲电指数值最高，反应活性最强。     

1,3-丁二烯与硅甲基亚胺杂Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学从头算和密度泛函方法在HF/6-31G*及B3LYP6-31G*水平上对1,3-丁二烯与硅甲基亚胺间的杂Diels-Alder反应进行了理论研究.利用能量梯度法对反应途径上各驻点的几何构型进行了优化,对过渡态进行了振动分析确认.结果表明:该反应为一个由两步基元过程所构成的复杂反应,反应物首先经过一个无势垒过程形成中间复合物,此中间复合物然后经过过渡态闭环形成六元环产物,第二步过程的活化势垒为8.29kJ·mol-1(B3LYP/6-31G*).总反应为强放热过程.