C6H5O─H…X分子间氢键的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df,2p)理论水平上,对C6H5O─H…X(X=H2O、HCOH、CH3COCH3、NH3、CH2NH、HCN)氢键体系进行几何结构优化与振动频率计算,利用计算所得的稳定构型,在相同基组水平上进行自然键轨道(NBO)分析,同时应用AIM 2000程序计算6个复合物中氢键临界点的拓扑参数.结果表明,C6H5O─H…X体系存在较强的O─H…O与O─H…N氢键,氢键的形成使H─O伸缩振动频率明显红移.氢键相互作用的稳定化能主要来源于O、N原子的孤对电子和电子受体C6H5OH中参与形成氢键的O─H反键轨道相互作用.AIM分析得到C6H5O─H…X复合物中氢键相互作用以静电作用占主导地位.     

NO在Ir(110)表面吸附和解离反应的泛函密度理论

采用密度泛函理论(DFT)和周期性平板模型,考察NO在Ir(110)表面上的吸附、解离及N2生成机理.计算结果表明:NO以N端向下在顶位吸附为最稳定的吸附方式,其次是短桥位,空位吸附最不稳定;顶位吸附的NO在表面存在2条解离通道:1)直接解离通道;2)由初始态扩散到短桥位,继而发生N—O键断裂生成N原子和O原子,是NO在表面解离的主要通道;解离后的N原子经联短桥位共吸附态发生N—N聚合反应生成N2,在表面共存的O原子促进了N2的生成,与实验结果相符.     

氮、碳原子在X@Al_(12)(X=Al~-,C,Si,P~+)团簇吸附性质的研究

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)对X@Al12(X=Al",C,Si,P+)等幻数团簇吸附氮原子和碳原子性质进行研究.分析氮原子和碳原子在X@Al12表面的吸附位置,还分析了Al-N和Al-C键长,最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道的能隙,吸附的结合能和电荷转移等性质.结果表明氮原子和碳原子都倾向于空位吸附.尽管X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)性质都很稳定,但很大的结合能表明氮原子和碳原子都能稳定地束缚在这些团簇表面.但是由于中性的Al13团簇不具有满壳层的电子结构,它对N和C的吸附性质明显不同于具有满壳层电子结构的X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)团簇,表明掺杂可以有效地调节团簇的性质,从而获得所期望的性质.     

AlB12纳米/亚微米球形材料的制备与表征

以金属铝(Al)粉末和三氯化硼(BCl3)分别作为铝源和硼源前驱体,在无催化剂的情况下,利用简单的一步化学气相沉积方法在Si衬底上(蒸发位)制备了AlB12纳米/亚微米球形材料.利用扫描电镜和透射电镜表征了AlB12微结构材料的形貌、成分和结构.结果表明:所合成的材料均为球形的纳米/亚微米球材料,直径范围约0.2～2.5μm;从直径分布统计直方图可知平均直径约0.97μm.高分辨透射电镜(HRTEM)分析发现,材料中没有规则的干涉条纹出现,为典型的非晶结构;选区电子衍射(SAED)表明,材料无规则衍射斑点,为典型的非晶结构相,与HRTEM分析结果一致;能谱结果表明,Al和B的原子百分比为11.9,与A1B12的化学计量比符合很好.850℃高温状态下,AlB12纳米/亚微米颗粒的直径随着反应时间的增加而增大.     

铝掺杂富勒烯储氢研究:氢分子形成双层结构

利用密度泛函理论对铝(Al)掺杂富勒烯(C_(60))体系的储氢性能进行研究.计算结果显示单个Al原子吸附的最佳位置是在C_(60)表面碳五元环的中心位置,并形成稳定的Al-C_(60)团簇结构.当多个Al原子掺杂C_(60)时,12个Al原子吸附在C_(60)的碳五元环正上方具有最低的吸附能,并形成稳定的Al12-C_(60)团簇结构.当氢气与Al掺杂C_(60)的团簇相互作用时,C_(60)上碳原子的吸附使得氢气吸附在Al原子的侧位比吸附在Al原子的顶位更稳定.当多个氢气分子吸附时,102个氢分子形成稳定的双层结构并吸附在Al12-C_(60)上,体系的储氢质量分数能达到16.44%,其中第一层氢分子主要同两个临近的Al原子以及C_(60)相互作用,第二层氢气分子同近邻的Al原子和第一层氢气分子相互作用.     

氢吸附对新型的类石墨烯BN结构电子性质的影响

采用半金属元素硼(B)和氮(N)替代石墨烯中的碳元素(C)位置,构建了一个类石墨烯的结构,然后让氢原子分别吸附在B和N正上方形成一类复合材料.通过第一性原理的电子结构计算给出了此类体系的能带图、态密度图以及电荷分布情况.发现H吸附位的不同对材料的物理性能影响很大,其中在B和N构建的类石墨烯结构中,B原子正上方的H吸附位复合材料为无能隙自旋半导体材料,H原子的吸附改变了各个原子轨道的贡献比,并且在母材料中引入了自旋极化,从而形成了一类自旋极化的磁性材料.     

H和B原子在有序态Ni3Fe表面的吸附

采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理方法,对H和B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附进行研究.结果表明,B原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面的吸附能远低于H原子,从而更容易被有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附,形成稳定结构.这导致H原子在有序态Ni3Fe合金表面的吸附机会大大减少,降低了有序态Ni3Fe合金在氢气中的环境氢脆.进一步的电子结构分析表明,H原子的表面吸附能高于B原子是由于H原子在有序态Ni3Fe合金(111)表面吸附时,H原子的反键态被推到了费米面以上所引起的.     

上转换材料复合介孔TiO2晶须的可见光催化性能

用溶胶凝胶法制备上转换发光材料Y3Al5O12:Er。反射光谱、发射光谱表明:Y3Al5O12:Er在480 nm光的激发下,产生2个<387 nm的紫外光发射峰。将上转换材料介孔TiO2晶须复合成可见光催化剂,采用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)以及低温N2吸附-脱附(BET)等对催化剂进行表征,通过光催化降解亚甲基蓝(MB),对催化剂的活性进行测试。结果表明:复合上转换材料的介孔TiO2晶须在可见光下能够有效降解MB,10%Y3Al5O12:Er的介孔TiO2晶须的MB降解率为73%。     

预置氢对Ti(0001)表面氮原子吸附影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了氮原子在Ti(0001)表面及次表面的吸附性质随覆盖率的变化规律,以及预吸附氢对表面氮原子吸附的影响。吸附能和表面电子结构的分析结果表明,N原子在Ti(0001)表面最稳定吸附位是hcp位,其次是fcc位;在次表面最稳定吸附位是oct位,其次是tetra位;N原子与基体Ti原子的成键及吸附能与覆盖度之间存在强烈的依赖关系,随着覆盖度的增加,键强增加,吸附能降低。在Ti(0001)次表面的oct位预置1个氢原子,次表面的H1s轨道与N2p及Ti3d轨道产生杂化,导致表面电子结构及吸附能发生变化,与未预置氢表面相比,吸附能增加,表面扩散能垒降低。     

Al60Fe20Cu20纳米材料的结构研究

采用机械合金化方法制备了系列Al60Fe20Cu20纳米晶体样品,并对部分样品附加500℃快速退火处理.联合使用X射线衍射和X射线吸收精细结构技术,分别从晶体的长程有序和原子近邻配位的短程有序2个方面研究样品的结构相变.结果表明:样品中Al和Cu原子首先组成体心四方结构的Al2Cu金属间化合物,然后与Fe原子合金化,形成Cu和简立方晶体结构AlFe的固溶体,结构稳定但不均匀,Fe原子处于富集状态;即使附加500℃-5 min退火,Al60Fe20Cu20系统在40 h的机械合金化过程中不能形成准晶相;球磨30 h后,晶粒尺寸已达到20 nm左右.     

外来吸附原子对Al_(13)团簇的结构影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al13团簇的原子吸附特性(吸附H、Li、Na、K、B、Al、Ga、C、Si、Ge、N、P、As)进行了系统的研究.研究结果表明:第二周期中的原子,随着原子序号的增加对其结构影响逐步增加,第三和第四周期同一族中的原子对Al13团簇的结构影响相似,特别是它们吸附在洞和桥两位置处的优化结构是相同的.Al13团簇结构本身和吸附原子的成键等性质决定了吸附结构的稳定性.     

H6M4(N2H2)3(M=Al,Ga)簇合物的结构、红外光谱和热力学性质研究

采用自洽场方法(HF)和密度泛函(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*水平下,研究了H6M4(N2H2)3(a-M=Al,b-M=Ga) 簇合物的几何构型、电子结构、红外光谱及热力学性质.结果表明N-N键比肼中N-N键长,有进一步裂解的趋势.振动频率计算表明铝、镓的肼簇合物为基态稳定结构.     

二维磷酸锌Zn2（H2PO4）3（HPO4）2·3C8H12N的离子热合成、结构与表征

以溴化N-丙基吡啶离子液体为溶剂,在离子热反应条件下,合成了二维磷酸锌化合物Zn2(H2PO4)3(HPO4)2·3C8H12N.X射线单晶结构分析结果表明:该化合物属于正交晶系,Pca21空间群;晶胞参数a=2.257 8(3)nm,b=0.965 6(13)nm,c=1.829 8(2)nm,V=3.989 2(9)nm3,Z=4.     

氢在Ni(410)台阶面的吸附研究

应用嵌入原子模型(EAM)研究了氢在Ni(410)面的吸附和解离.首先计算单个氢原子在Ni(410)面上的吸附能Ead,吸附键长RH-Ni及吸附高度H0,发现氢在Ni(410)面上有3种相对稳定的吸附位:台面上的赝式四重洞位H1和H2位、台阶底部棱上的LB位和台阶一边棱位B.与低指数面Ni(001)相比,明显增加了台阶棱上的B位以及台阶底部棱上的LB位,相应洞位的吸附性也有增强.说明氢在Ni(410)表面的吸附性受到台阶的影响,从而台阶附近的吸附位增多且吸附性增强;然后计算了H2在Ni(410)表面解离吸附时的活化势垒Ea、吸附能Qad,氢-镍之间键长RH-Ni,构建了解离吸附等势面,计算结果表明台阶处是氢吸附和解离的活跃部位.     

H2O在金红石型IrO2(110)和RuO2(110)表面吸附的DFT分析

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA),利用VASP软件包对IrO_2(110)和RuO_2(110)表面吸附H_2O的特性进行计算.结果表明其存在两种吸附方式,即H_2O在不饱和配位Mecus(Me代表Ir或Ru原子,下同)上分别以垂直(110)面且氢原子向上的Mecus-up和平行(110)面的Mecus-par的吸附.Mecus-par较Mecus-up能更强烈吸附H_2O,且经Mecus-par吸附后,H_2O有分解的趋势,而Mecus-up则为物理吸附.相比RuO_2(110),IrO_2(110)能更强烈地吸附H_2O.吸附前后H_2O的电子结构表明,H_2O向(110)提供少量电子,(110)电导增加.     

CO、N_2O和NH_3在(Cu,N)/TiO_2(001)表面吸附的第一性原理研究

基于(Cu,N)共掺杂Ti O2(001)表面最稳定结构,采用第一性原理计算了有毒气体CO、NO和NH3在上述表面不同原子位的吸附,通过吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构;通过对吸附后原子态密度的计算,分析了气体的最佳化学吸附的物理机制。最后,文章还将计算结果与其在其它表面状态下的前人结果进行了对比。     

H_2在Ni_n(n=1-13)团簇表面吸附的密度泛函理论研究

合成气甲烷化这一过程是从合成气在金属表面的吸附开始的,但Ni基催化剂与气体的作用机理受实验条件的限制尚未能达成共识,所以有必要从原子尺度运用模拟方法来了解这个动态过程,从而优化催化剂及反应条件。本文采用密度泛函理论首次计算模拟了H2以不同方式和Nin(n=1-13)团簇作用的情况。对吸附能、净电荷及结构参数的分析表明:H2分子的H-H键平行接近于Ni团簇的顶点位时为分子态的非解离吸附,H-H键长从0.862到0.908,对比吸附前的键长0.750都有所增长,吸附能从-40 k J/mol到-80 k J/mol;作用于桥位和空穴位时,解离不需要活化,即为原子态吸附,吸附能范围从-61.87 k J/mol到-120.68 k J/mol。而H2分子以H-H键竖直方式作用于Ni团簇时,过渡金属Ni对H2的吸附活化作用很小,为物理吸附。可见,H2以H-H键平行还是竖直方式作用于团簇的何位点决定了吸附的类型,这成为Ni对H2活化作用强弱的关键;气体在催化剂表面的扩散对形成稳定的原子态吸附有利;H2被催化剂Ni活化后主要以原子态形式存在,这为探索甲烷化机理提供了理论依据。     

C24H16N7O9Sm的晶体合成、结构与性质研究

用水热合成法合成了配合物C24H16N7O9Sm,并通过X单晶衍射测定了晶体结构.该配合物是以单核零维分子形式存在,中心离子Sm3+分别与邻菲啰啉上的氮原子和硝酸根上的氧原子以双齿螯合方式配位,配位数是10.通过红外、紫外、荧光光谱分析及热重分析,表明标题配合物具有良好的热稳定性,在292cm-1处有一强的紫外吸收峰,在634nm处的荧光发射峰强度最大,为Sm3+的4 G5/2→6 H9/2的电荷跃迁的特征发射光谱.     

C_(80)衍生物C_(80)X_(12)(X=H,F,Cl,Br)的理论研究

为了从理论上预测与C80Cl12具有相似结构的C80X12簇存在的可能性,基于密度泛函B3LYP理论,用6-31G*基函数对富勒烯C80及其衍生物C80X12(X=H,F,Cl,Br)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究,得到了这些衍生物的几何结构、总能量、前线轨道能级差和反应热.计算结果表明,C80X12(X=H,F,Cl,Br)均是势能面上的稳定驻点;C80X12的隙能比C80大,并且这些加成反应都是放热的,因此它们都应该能够合成出来.     

Al3团簇及其表面锂原子吸附的理论研究

基于密度泛函理论（DFT）,分别对Al3和Al3Li团簇可能的几种结构进行优化和频率分析,随后对所获得的结构分别采用 Becke三参数混合泛函（B3LYP）方法和耦合簇理论CCSD（T）方法计算单点能。计算结果表明：Li原子位于Al3团簇表面桥位时,能量最高;位于顶位时,能量次之;位于洞位时团簇最稳定。结合频率分析,进一步对Li原子在Al3团簇表面的扩散行为进行了研究。研究表明,位于桥位的Li原子可能通过顶位这一过渡态向Al3团簇中心位置扩散,从而形成稳定的结构。与Al3团簇相比,Al3Li（Li原子位于洞位时）团簇中,Li原子的吸附使得Al-Al原子之间的键长增加了;铝原子也由原来的电中性转变为带负电了。